摘 要 液压管路形状各异，情况复杂，且管路多，可能在其循环应力的作用下，从而产生裂纹或者直接导致断裂。液压管路同时也需要承受较大的液压冲击，还有可能伴随设备的运转而产生震动，这些情况都可能导致事故的发生，所以鉴于这种情况，对管路的应变进行检测就显得非常的有必要。 本文针对于管路应变监控的问题，在了解管路的特点和要求，以及工作环境的基础上，设计了以Matlab为核心处理软件，以光纤布拉格光栅为核心数据采集装置的实时监控系统。即为获取液压系统中的管路的形变状态，则使用粘贴于管路上的分布式应变传感器，由其得到分布式管路应变信号。为了提高应变监控系统中的软件开发效率，和提升系统中的数据处理速度，利用Matlab串口工具箱，以Modbus协议为通信协议，实现了在不同管路状态过程中对其应变值的实时监控，并准确迅速地拟合出监控系统在不同环境配置下的管路应变曲线。最终已达到在Matlab GUI界面中可以选择性显示出12条通道的管路应变的实时波形，以及实时波形所对应的频域图形，还有12条通道各个通道方差的一个连线，从而形象的显示出管路应变变化情况，从而让人们更好的处理管路情况。 关键词：应变,MATLAB,Modbus,GUI,串口

Abstract

Hydraulic lines and shapes, the situation is complex, and the line, probably in its cyclic stress, resulting in a crack or a direct result of the fracture. Hydraulic lines also need to bear a greater hydraulic shock, and may be accompanied by operation of the equipment and vibrate, these conditions may lead to accidents, so in view of this situation, the strain of the pipeline is detected it is very Is necessary. Aiming at the problem of monitoring the pipeline strain, on the basis of understanding of the characteristics and requirements of the pipeline, as well as on the work environment designed to Matlab software as the core to the fiber Bragg grating as the core real-time monitoring system data acquisition device. Get in the hydraulic system is deformed state line, you use the Paste in the pipeline distributed strain sensors, distributed by pipeline to obtain the strain signal. In order to improve the strain monitoring system software development efficiency, and enhance the speed of data processing systems using Matlab toolbox serial to Modbus protocol is a communication protocol to achieve a different line in the course of its strain state of real-time monitoring, quickly and accurately fit the monitoring system piping strain curves under different environment configuration. Has reached the final in Matlab GUI interface can optionally display a real-time connection pipe strain waveform 12 channels, as well as real-time waveform corresponding to the frequency domain graphics, there are 12 channels each channel variance, thus the image It shows piping strain changes, allowing people to better handle the situation pipeline. Keywords: Pipestrain,MATLAB,Modbus,GUI,Serial  

目录

摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1项目背景及应用前景 1 1.2设计的目的 1 1.3设计的基本要求 2 1.4论文内容安排 2 第2章 管路应变实时监控系统的整体设计 4 2.1管路应变监测 4 2.1.1光纤光栅传感器介绍 4 2.1.2管路应变监测 4 2.2 监控系统总体方案设计 5 2.3监控系统总体框架 6 2.3.1监控方案确定 6 2.3.2监控系统需要解决的问题 7 2.4本章小结 7 第3章 串行通信与USB实现 8 3.1 Matlab串口通信 8 3.2 USB通信 8 3.2.1 Mex的编写环境 8 3.2.2 Mex控制实现部分 8 3.2.3 Mex入口程序 9 3.2.4 Mex文件的调用 9 3.3 Modbus通信协议 9 3.4通信测试 11 3.4.1串口初始化 11 3.4.2 通信效果 11 3.5本章小结 12 第4章 监控系统界面设计 13 4.1 Matlab软件的介绍 13 4.1.1 Matlab的功能 13 4.1.2 Matlab的优势 13 4.1.3 Matlab的应用 14 4.2 GUI主界面设计 14 4.2.1液压管路介绍 14 4.2.2 主界面设计 15 4.3 本章小结 16 第5章 总结及展望 17 5.1工作总结 17 5.2展望 17 参考文献 18 致谢 19  

第1章 绪论

1.1项目背景及应用前景

目前，随着科学技术的不断发展，各行各业的机械设备如生产机床、发电设备、高速铁路等都在逐步提升性能，向着高效率、高产量等方向进步。但与此同时各种事故的发生，也越来越频繁，造成了巨大的财产损失与人员伤亡。因此，对大型结构，尤其是机械设备的安全监测显得尤为重要，这就对传感技术提出了更多要求。 信息技术包括通信技术、传感技术和计算机技术等，在现代工业发展中有举足轻重的作用，是现在工业发展的重要组成部分，其主要任务是通过传感器采集各类物理量并对采集到的信息进行信号处理与识别。光纤传感技术是近年来国际上发展最快的传感技术之一，光纤传感是利用光纤来感知获取信息，并传输感知的信息，光纤既作为传感单元又作为传输媒介。光纤作为传感单元是一种“无源传感器”，不需要任何供电；光纤作为传输媒介，传输损耗非常低（一般仅为 0.2dB/km），能够无中继地传输数百公里，这两大特点使光纤传感器具有能远距离传输、灵敏度高、容易组网、抗电磁干扰强、可靠性高等优点，而现在的其他传感技术对于这些优点是无法相提并论的。特别是在非常不好环境条件下的传感应用，FBG传感是不可替代的^[1]。 作为光纤传感技术的一个重要研究领域的FBG传感器，能够对机械检测时所需的各项物理量如静态物理量温度、动态物理量机械震动产生精确地响应。传统的机械检测传感器如压电陶瓷传感器、NTC温度传感器等，均是将物理量信号直接转化为电信号，故若要获取极大的测量广度或实时信号，则需要在被测设备上铺设大量模拟电路以满足信号的传输的需要，这使得设计极其复杂，与此同时模拟电信号的传输极易受到外界环境干扰，而使用光纤光栅传感器则避开了以上问题。因此，FBG传感器是机械设备检测传感器的不二之选。