[发明专利]海洋监测仪器设备模型水动力试验数据采集与分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于海洋监测仪器设备模型水动力试验领域的数据采集与分析技术，特别是涉及一种在海洋动力环境实验水槽条件下进行监测仪器设备模型试验的数据采集与分析系统。

背景技术

海洋监测技术的发展依赖于各种海洋监测仪器设备的技术水平，通过开展海洋监测仪器设备模型水动力试验，有针对性地提高仪器设备研发水平，增强其环境适应性和工作稳定性，带动技术应用的步伐，对研究海洋监测技术具有重要作用。对实验室内风浪流动力环境和监测仪器设备模型性能进行同步测量，是海洋监测仪器设备模型水动力试验的技术主题，准确地采集数据、科学地分析数据，对监测仪器设备在实际海洋环境下的工作性能进行评估，从而为改进监测仪器设备的设计参数提供依据，提高海洋监测仪器设备模型试验及测试的水平。

海洋监测仪器设备模型水动力试验，需要在部署数据采集系统的实验水槽中开展，将海洋监测仪器设备模型部署在水槽实验区，水槽实现对海洋风、浪、流动力环境的模拟，数据采集系统实现对水动力环境和海洋监测仪器设备性能的测量。

目前，在国内各类实验水槽中所建立的数据采集系统，对多种测量要素的数据采集同步性不高，在后期数据分析处理的过程中往往借助数据插值等方法弥补数据同步性差的问题，并且缺乏对试验测量数据和分析数据系统地管理，在试验过程中缺少对测量要素的实时监控，从而影响室内模型水动力试验对海洋监测仪器设备工作性能评估的准确性，不能满足日益发展的海洋监测仪器设备模型水动力试验的需求。

发明内容

针对现有的实验水槽数据采集系统存在的问题，本发明推出一种新型结构的海洋监测仪器设备模型水动力试验数据采集与分析系统，同步采集试验过程中的风、浪、流动力环境数据和海洋监测仪器设备模型的性能数据，实现对测量数据的分析、存储、分类显示和历史数据查询，以及对测量数据、分析数据和试验信息的系统管理。数据采集与分析系统采用数据采集器的时钟管理技术和多线程并行计算技术实现多通道数据的同步采集，采用数据分析服务器管理试验的测量数据、分析数据等，并且在试验结束后对测量数据和试验结果进行统计分析，生成固定格式的测试报表，实现了同步采集多种测量要素的数据，系统管理测量数据、分析数据和试验信息。

进行海洋监测仪器设备模型水动力试验的实验水槽中，设置水动力环境模拟装置，包括造流系统、造波系统和造风系统，实现对海洋风、浪、流动力环境的模拟。利用本发明所涉及的数据采集与分析系统完成对水动力环境和海洋监测仪器设备性能的测量。

本发明所涉及的数据采集与分析系统由测量传感器、数据采集器和数据分析服务器组成。测量传感器设置在实验水槽中，数据采集器和数据分析服务器设置在实验水槽外部，测量传感器连接数据采集器，数据采集器连接数据分析服务器。

测量传感器包括对风速、流速、波高等水动力环境参数进行测量的传感器，也包括对压力、拉力、叶轮转矩、叶轮转速等目标体性能参数测量的传感器。测量传感器将测量结果以模拟信号的形式输出给数据采集器。

数据采集器设置在机箱内，包括实时处理器、FPGA逻辑控制器、采集卡、供电电源。每个采集卡包含8路采集通道，每路通道均具备电流传感器或电压传感器的接口，并且内置信号滤波电路和模数转换电路，将测量传感器输出的模拟电压信号或模拟电流信号转换成数字信号，然后分别根据算法将原始数据转换成风速、流速、波高、压力、拉力、叶轮扭矩、叶轮转速等有效数据，并对测量数据进行本地存储，最后通过以太网将数据上传。

FPGA逻辑控制器与采集卡之间采用星形拓扑的方式连接，通过SPI总线与采集卡进行通信，能够直接访问每个采集卡上的硬件资源，实现对多通道数据采集进行精确定时、触发和同步控制。FPGA逻辑控制器内置数据传输机制，能够通过PCI总线把数据传输到实时控制器，实时处理器接收FPGA传输的数据，采用算法对数据进行处理，将原始数据转换成有效测量数据，通过他内置的闪存实现对测量数据的本地存储，并且通过内置的以太网接口，将测量数据上传至数据分析服务器；

FPGA逻辑控制器内置数据传输机制，FPGA逻辑控制器与实时处理器之间通过PCI并行总线连接，通过PCI总线把数据传输给实时控制器。FPGA逻辑控制器与采集卡通过SPI串行总线连接。