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在當今無(wú)線(xiàn)測控工作站的檢測信號與控制信號傳輸過(guò)程中，一種是傳統的模擬式傳輸，以FM-FM為代表；一種是數字式傳輸，以PCM為代表。兩種方法各具特點(diǎn)，模擬式傳輸實(shí)現起來(lái)比較簡(jiǎn)單，不需要專(zhuān)用的控制芯片進(jìn)行數據控制，實(shí)時(shí)性好，不足之處是傳輸精度不高且易受環(huán)境干擾；數字式傳輸實(shí)現起來(lái)比較復雜，需使用專(zhuān)門(mén)的智能控制芯片進(jìn)行數據位控制。在檢測狀態(tài)進(jìn)行數字通信時(shí)，要保證數據位的同步極為困難，成為制約數字式無(wú)線(xiàn)通信工程應用的主要瓶頸。而其優(yōu)點(diǎn)則是傳輸精度高，安全性好，是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展的方向。尤其在現代無(wú)損檢測過(guò)程中，由于現場(chǎng)工作環(huán)境惡劣，不可控干擾因素較多，信號的抗干擾能力就顯得非常重要。 1 傳統模擬系統組成 測量系統組成如圖1，圖2所示。 在傳統模擬系統中，測量站基本組成為：傳感器組、數據采集器、單片機或PLC控制系統和通訊適配器及模擬電臺。信號傳輸一般分為2組，一組是采集信號傳輸，一組是測量站工作控制信號傳輸。在傳輸過(guò)程中，可以采用模擬式傳輸，或現代的數字電臺傳輸。要保證信號穩定傳輸，一般要求用兩組信號通道分別傳輸，傳輸過(guò)程中還要考慮到電源干擾及檢測部件如射線(xiàn)源的輻射干擾等。對于信號采集系統而言，數據采集器采集的模擬信號如果直接通過(guò)模擬電臺傳輸，傳輸精度及帶寬由于各種現場(chǎng)環(huán)境的影響，其效果難以保證，即便是信號通過(guò)模／數轉換后經(jīng)由數字電臺傳輸，傳輸精度及帶寬也不能保證實(shí)時(shí)信號能為后續處理系統接受�？刂撇糠忠话闶抢脝纹瑱C或PLC實(shí)現。單片機和PLC的造價(jià)可能較低，但單片機前期開(kāi)發(fā)及量產(chǎn)少問(wèn)題困擾著(zhù)系統開(kāi)發(fā)者�？刂凭群拖到y調試上，單片機和PLC系統調試需要有專(zhuān)門(mén)的外圍設備和專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的支持。遙控測量站動(dòng)作所需的控制信號由模擬FM電臺傳輸，控制信號的精度由于現場(chǎng)環(huán)境影響有時(shí)也不能保證。系統調試過(guò)程中的工作量及系統運行過(guò)程中的人機互動(dòng)過(guò)程實(shí)現也極其困難，特別是在遙控站系統發(fā)生故障時(shí)，系統修復及人工控制又為系統開(kāi)發(fā)與應用提出了難題。因此，傳統模擬信號傳輸系統及部分數字信號傳輸系統在應用過(guò)程中有很多不足及難以預料的問(wèn)題。 2 數字系統組成 其測量系統組成如圖3，圖4所示。 在數字系統組成中，模擬信號經(jīng)由傳感器組傳輸到數字數據采集器中，經(jīng)過(guò)濾波、放大、模／數轉換等轉換成數字信號傳入測量站控制機�？刂茩C經(jīng)由Intel公司的WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )端口與主控機進(jìn)行無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)對主機與測量站控制機的分別設置，使測量站控制機成為主控機的一個(gè)遠程終端，實(shí)現對其完全遠程控制。通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，測量站控制機采集的實(shí)時(shí)數據及圖象傳輸至主控機，同時(shí)主控機對測量站控制機進(jìn)行全面控制，并且通過(guò)RS 232端口或USB端口控制其他外圍設備。如果在測量過(guò)程中，無(wú)線(xiàn)信號傳輸有較強烈的干擾(如X射線(xiàn)干擾)，可利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行機器工作狀態(tài)預覽。測量站控制機采集實(shí)時(shí)數據并存儲，干擾去除后，再把有用信號無(wú)線(xiàn)傳輸至主控機。主控機在接收信號的同時(shí)并控制測量站設備進(jìn)行下一次信號采集準備，一切就緒后，打開(kāi)采集系統進(jìn)行下一次工作。如此添加中間存儲環(huán)節，通過(guò)全數字的無(wú)線(xiàn)信號傳輸，提高了數字信號傳輸精度，也提高了抗干擾能力及控制精度。 2.1 傳感器組及數字信號采集器的組成 該系統可以應用于現有的多種檢測技術(shù)中，即能把傳感器組所得到的檢測信號通過(guò)信號采集器變?yōu)閿底中盘柕乃邢到y中。該系統不但能完成常規信號(如溫度，壓力，流量等傳感器組采集的信號)和非常規信號(攝像頭，各種內窺鏡，聲納信號等)的傳遞工作，更可應用于無(wú)損檢測工程領(lǐng)域，用以傳輸超聲波測量信號和X射線(xiàn)檢測圖像的數字信號。比如，超聲波探頭信號，當超聲波探頭換能器將探傷回波轉化為電信號，信號采集器即可設計為具有信號放大、濾波、整定、模／數轉換等功能的結合體，當信號經(jīng)過(guò)一系列整定變?yōu)閿底中盘柡�，再�?jīng)由測量站控制機端口進(jìn)入計算機進(jìn)行儲存和傳輸，完成信號采集；而對于X射線(xiàn)數字實(shí)時(shí)成像采集設備——平板檢測器(FPD)，若平板檢測器能直接輸出數字圖象，便可以直接通過(guò)數據電纜，經(jīng)過(guò)測量站控制機端口進(jìn)入計算機存儲和傳輸；對于需要轉換的信號，可以先經(jīng)過(guò)專(zhuān)有設備轉換為測量站控制機所能采集的信號，再進(jìn)入計算機進(jìn)行存儲和傳輸。 2.2 測量站控制機 測量站控制機在整個(gè)測量站中處于核心地位，對于能否實(shí)現測量站的正常工作及穩定信號傳輸有極其重要的作用，所以對其選擇一定要慎重。測量站控制機性能必須滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)： (1)具有低功耗、高效率特性、最好能直接由標準電池組直接驅動(dòng)； (2)工作溫度區限必須寬、散熱性良好、適用于溫度變化大的場(chǎng)合； (3)耐沖擊、耐震動(dòng)、適用于各種現場(chǎng)環(huán)境； (4)體積適中，對于一些移動(dòng)采集測量站尤為重要； (5)擁有數字無(wú)線(xiàn)傳輸能力，支持無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議； (6)系統能和主控機進(jìn)行良好的系統兼容，能保證順利的軟件對接； (7)有豐富的外圍接口，能與多種信號采集器及工業(yè)控制器PLC等設備進(jìn)行數據傳輸與控制。 基于以上幾點(diǎn)和現有的軟件流行趨勢，應該選擇盒式工控機和單片機等應用廣泛的工業(yè)控制機。這種工控機具有良好的接口性能，擁有LAN接口，能支持WIFI無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議，有擴展功能。最好采用裝有Windows XP Embedded系統的工控機，這樣就能更好地實(shí)現測量站的穩定工作和信號傳輸。 2.3 通訊適配器及通訊協(xié)議的選擇 考慮現場(chǎng)實(shí)際工作環(huán)境，合理地選擇通訊適配器及通訊協(xié)議，對于是否能穩定、高效、保證傳輸精度也很重要。對于一般測量站與主控機，因其在可視的范圍內，可以選擇現在通用的WIFI信號適配器。在WIFI信號能滿(mǎn)足的情況下，如需遠距離傳輸控制，可以添加無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )路由器，經(jīng)路由器與INTERNET廣域網(wǎng)進(jìn)行連接，進(jìn)行合理配置后，擴展為遠距離傳輸，多點(diǎn)傳輸與控制。例如，在油品常輸管線(xiàn)冰堵點(diǎn)定位檢測中，檢測現場(chǎng)工作人員、遠程監測人員、介質(zhì)加壓泵站人員都需要同時(shí)了解實(shí)時(shí)檢測狀態(tài)，通過(guò)該系統可良好實(shí)現多點(diǎn)傳輸與控制。如果不能保證工作場(chǎng)合有廣域網(wǎng)連接，也可添加WIFI信號功率放大器或者添加現有的數傳電臺，如Motorola公司的GM系列車(chē)載電臺，工作于VHF／UHF頻段，可進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數傳(9線(xiàn)制標準串行RS 232接口)，或者美國MDS公司遙測遙控系列數字電臺(采用數字信號處理、糾錯編碼、軟件無(wú)線(xiàn)電、數字調制解調和表面貼片一體化設計等技術(shù)，具有高性能、高可靠性的特點(diǎn)，電臺能提供標準232數據口并可直接與計算機、地震數據采集器、RTU數據終端、GPS接收機、數碼相機等連接)。 2.4 主控機的選擇 在選擇主控機時(shí)，要考慮到主控站工作環(huán)境、數據傳輸與儲存能力、數據處理能力、外圍擴展接口(連接更多的后期數據處理專(zhuān)業(yè)設備)等特點(diǎn)。對于移動(dòng)主控機工作站，可以選擇車(chē)載電腦甚至手提電腦。對于需要強大的后期處理能力的，可以選擇圖形工作站等有特殊要求的計算機。對于要求測量系統高精度控制或使用在特殊控制的場(chǎng)合，可以選擇能外接特殊控制系統并可把信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸給測量站工控機的主控機。 3 結語(yǔ) 通過(guò)把數字無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )應用于無(wú)損檢測的實(shí)時(shí)檢測系統中，可以實(shí)現原有設備的模擬式傳輸轉換為數字傳輸。對于工作現場(chǎng)沒(méi)有干擾，數據傳輸量少的情況，可以選擇功能簡(jiǎn)單，造價(jià)較低的測量站工控機、單片機。對于多組信號采集，可添加多個(gè)信號采集設備和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )路由器、無(wú)線(xiàn)信號中繼器等設備進(jìn)行設備功能擴展。對于現場(chǎng)工作環(huán)境復雜，無(wú)線(xiàn)信號干擾嚴重的場(chǎng)合，可以先進(jìn)行信號采集與儲存，結束后，關(guān)掉干擾源，再以設定的傳輸方式進(jìn)行測量站與主控站計算機的無(wú)線(xiàn)信號傳輸。 本系統也可添加無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)等聯(lián)入Internet廣域網(wǎng)，進(jìn)行超遠程數據傳輸與控制，真正實(shí)現安全、穩定、高效的異地控制方案。把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現代無(wú)損檢測技術(shù)良好地結合和運用。通過(guò)其他功能擴展，還可實(shí)現更強大的控制功能與作用。經(jīng)實(shí)驗室和生產(chǎn)現場(chǎng)應用表明：由于采用全數字無(wú)線(xiàn)信號傳輸、數據傳輸準確及時(shí)、控制精度高，抗干擾能力強、達到了預期效果。 |
