CN105608860A - 基于分布式无线网络化的数据采集测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于分布式无线网络化的数据采集测试方法，将冲击波超压传感器、温度测量传感器、地震波测量传感器和气体传感器分别布设在预定测试点位，并通过短距离屏蔽线接入数据采集设备，数据采集设备通过有线或无线的方式接入无线网络节点，构成无线子网，多个无线网络节点汇入中间汇聚节点，多个中间汇聚节点再通过定向天线传输到定向接收节点，构成整个无线网络，定向接收节点处有数据终端处理设备，将数据传输到指控中心。本发明大大提高了测试数据传输处理速度和测试数据的可靠性，为进行大区域、多点位、多参数的测试提供了先进、可靠的测试手段。

Description

基于分布式无线网络化的数据采集测试方法

技术领域

本发明涉及一种基于数据采集测试方法，可应用于温度、气体浓度、地震波、振动、应力、噪声、现场图像、冲击波超压等测试领域。

背景技术

传统单一参数的测试方法是在距离测试中心不同距离处布设传感器，通过长距离信号传输线+数据采集系统的方法获取测试参数。但对于野外好多新的测试项目来说，呈现出许多新的特点，主要包括：

测试涉及的参数较多，如冲击波超压、温度场、地震波、气体浓度、振动、噪声等；

目标范围更广，测试涉及的面积更大，需要的布点更多；

同时，随着试验成本和人力物力的增加，要求测试数据获取的可靠性、精确性更高。

显然传统引线测试法难以满足新的测试要求，主要存在以下不足：

a、干扰噪声大：在好多野外测试中，伴随有强火光、强冲击波场和电离场等的干扰，这些干扰严重地影响被测信号，在传统的长距离引线测试方法中是很难避免的，而且电缆在受到冲击波作用时电缆线中间绝缘层与内外导体表面摩擦，产生干扰噪音，导致信号干扰增大，测试精度降低，影响测试数据的准确获取。

b、布设不方便：由于测试范围大，传感器布设测试点多，引线布设需要花费大量人力物力和时间，很不方便。

c、线缆损伤多：由于测试环境恶劣，一次试验造成大量的线缆损伤破坏，影响测试数据获取，测试成本也相应提高。

d、容易误触发：由于引线测试方法不能有效抑制外部干扰产生的噪声信号，所以测试系统往往会误触发，数据捕获率较低，易导致测试无效。

e、无法实时监测：设备复位后，人员提前撤离测试点位，设备状态无法实时监测，存在设备状态发生变化导致测试失败的可能性。

f、数据获取实效性差：测试完成后，测试人员进场后才能下载数据，数据获取的实效性较差，不利于快速获取测试数据，对测试结果进行评估，指导现场开展其他各项工作。

针对大范围、多点位、多参数测试的特点，传统引线式测试系统及测试方法布设范围小、抗干扰能力差、多个点位测试数据零点无法有效统一、设备状态在人员撤离后无法监控、数据获取时效性差，难以满足新的测试需求难以满足新的测试需求，单一参数测试向多参数集成测试方向发展成为新型测试的必然要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种集数据采集、无线数据传输与控制于一体的无线网络化数据采集方法，使用新型宽带无线网络数据传输及处理技术，采集、暂存、处理、传输各类传感器测量信号，大大提高测试数据传输处理速度和测试数据的可靠性，为进行大区域、多点位、多参数的测试提供了先进、可靠的测试手段。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：将冲击波超压传感器、温度测量传感器、地震波测量传感器和气体传感器分别布设在预定测试点位，并通过短距离屏蔽线接入数据采集设备，数据采集设备通过有线或无线的方式接入无线网络节点，构成无线子网，多个无线网络节点汇入中间汇聚节点，多个中间汇聚节点再通过定向天线传输到定向接收节点，构成整个无线网络，定向接收节点处有数据终端处理设备，将数据传输到指控中心。

所述的数据采集设备包括便携式数据采集系统和手持式数据采集系统，所述的便携式数据采集系统包括前后面板、机箱、内部安装板、电路模块、输入输出接口和系统接口；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，前后两端分别用铝合金材质的前后面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；内部安装板采用铝制冷板，各个电路模块通过减振垫镶嵌在内部安装板上，内部安装板和机箱之间采用插接方式固连，且通过锁紧条紧固；所述的输入输出接口均采用BNC接口，布设在后面板上，所述的系统接口和指示灯、功能按钮布设在前面板上，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭；所述的手持式数据采集系统包括上下面板、机箱、电路模块、输入输出接口、系统接口和电池模块；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，上下两端分别用铝合金材质的上下面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；所述的电路模块堆叠在机箱内，并由电池模块供电；所述的输入输出接口均采用BNC接口，和系统接口一起布设在机箱上，所述上面板上布设有指示灯和功能按钮，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭。

所述的数据采集设备上加装减振防护装置，包括海绵底座、减震器下连接板、减震器上连接板、减震器、挂钩环、破片防护板、防尘罩和设备固定索，所述的减震器上连接板通过若干减震器安装在减震器下连接板上表面，减震器下连接板定在海绵底座上，若干挂钩环安装在减震器上连接板上，设备固定索穿过挂钩环将数据采集设备固定在减震器上连接板上，所述的防尘罩覆盖在数据采集设备上，所述的海绵底座安放在测试现场挖好的设备防护坑内，连通数据采集设备的测试信号线缆沿设备防护坑边沿的预留线槽引出，所述的破片防护板覆盖在设备防护坑上表面，并用沙袋压紧。

所述的数据采集设备按照以下步骤工作：指控中心根据接收到的触发输入信号，通过无线网络广播触发输出信号；各个数据采集设备接收到触发输出信号，同时启动采集试验测试数据；GPS模块给各个数据采集设备授时，记录数据采集设备启动采集试验测试数据的触发零时刻；远端触发监控仪通过无线网络实时监测数据采集设备触发状态，数据采集设备未触发时手动触发各个数据采集设备，数据采集设备误触发时进行复位，重新待触发；远端触发监控仪下载并保存试验测试数据，对采集到的试验测试数据进行时间同步数据处理。

本发明的有益效果是：针对野外测试中时传统测试方法存在的信号干扰大、布设范围小、使用信号线长、抗干扰能力差、易误触发、人员离场后设备状态不明等缺点，提出了该测试方法，构建了测试系统，可以有效减少现场信号传输线缆的数量，节约购置线缆的费用，同时提高了测试的便携性和可靠性，实现了所测数据的快速实时获取，极大的降低了野外测试的人力、物力，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1是本发明的无线网络化测试系统示意图；

图2是本发明的子网构成示意图；

图3是无线组网拓扑结构图；

图4是电源/电池管理模块逻辑结构图；

图5是总体软件设计规划图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明是一种基于分布式无线网络化的数据采集测试方法，包括了无线网络系统构建、加固式数据采集设备设计、多台套测试设备同步触发、基于网络的数据处理软件设计、数据采集设备的远程操控、数据采集设备减振方法、多参数综合测试处理平台等技术，解决了远距离、大范围、多点位、多参数的测试难题，可实现多路数据的自动存储和设备的无线远程操控、测试参数设置、设备监控、数据的远程下载。

本方法可实现以下功能：

(1)能完成冲击波、温度场、气体浓度、地震波、振动、应力、噪声、现场图像等参数的综合测试任务；

(2)具有较强的环境适应能力，特别是抗干扰能力；

(3)具有大区域布设、数据快速传输能力；

(4)具有无线数据传输能力，无线传输节点具有自组网功能；

(5)具有较强的动态参数综合分析、处理能力。

本发明的实现还在于：可将冲击波超压传感器、温度测量传感器、地震波测量传感器、气体传感器等分别布设在预定测试点位，上述传感器通过专用短距离屏蔽线接入数据采集设备，数据采集设备通过有线或无线的方式接入无线网络节点，多个无线网络节点可通过全向天线汇入中间汇聚节点，多个中间汇聚节点再通过定向天线传输到定向接收节点，定向接收节点处有数据终端处理设备，可接入光纤通信网将数据传输到指控中心，测试人员可在定向接收节点处接收处理数据，也可在指控中心进行相关操作。

本发明的实现还在于：整个测试系统由主干网和多个子网构成，每个子网是一个单独的无线局域网。每个子网由多个数据采集设备和传感器组、1个无线接入点和1个全向传输节点组成。子网内的数据采集设备通过有线或无线的方式接入其内的无线接入点，再通过子网内的全向传输节点与主干网络上的全向传输节点进行无线通信。

本发明的实现还在于：由于多参数测试中涉及冲击波、破片速度、温度、地震波、振动、应力、气体浓度等多种传感器，在方案设计中做爆炸威力仿真，充分了解各个测试参数的特点和量值大小，选取合理可行的传感器，提高毁伤参数测试感应源的精度和可靠性。试验前需对各个传感器进行标定，以提高整个测试的精度。

本发明的实现还在于：由于测试参数多，因此需要对数据采集模块提出较高要求，既要考虑适应多种传感器输出数据采集要求，又要具备多通道数据采集、存储、激励和无线数据传输功能。同时要求采集速率高，存储容量大，并具有丰富的触发功能；接入无线局域网后，可实现远程控制和数据下载。针对在野外测试时灰尘、沙粒极易进入到机箱内部而影响设备性能，设备在运输测试过程中也可能出现强振动和冲击的外部环境，设计了具有加固、防尘、抗高冲击、振动功能的数据采集设备。所述的数据采集设备包括便携式数据采集系统和手持式数据采集系统，其特征在于：所述的便携式数据采集系统包括前后面板、机箱、内部安装板、电路模块、输入输出接口和系统接口；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，前后两端分别用铝合金材质的前后面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；内部安装板采用铝制冷板，各个电路模块通过减振垫镶嵌在内部安装板上，内部安装板和机箱之间采用插接方式固连，且通过锁紧条紧固；所述的输入输出接口均采用BNC接口，布设在后面板上，所述的系统接口和指示灯、功能按钮布设在前面板上，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭；所述的手持式数据采集系统包括上下面板、机箱、电路模块、输入输出接口、系统接口和电池模块；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，上下两端分别用铝合金材质的上下面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；所述的电路模块堆叠在机箱内，并由电池模块供电；所述的输入输出接口均采用BNC接口，和系统接口一起布设在机箱上，所述上面板上布设有指示灯和功能按钮，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭。

本发明的实现还在于：系统中每台数据采集设备自带GPS模块，试验中各个设备的零点可采用GPS时间同步。各个通信节点设置方便，组网方式灵活，抗干扰能力强，设备远程操控和数据下载可靠。同步触发系统包括中心管理模块、无线传输模块、数据采集设备、远端触发监控仪、GPS授时触发模块等。触发方式主要包括GPS触发、无线网络触发、多台套设备捷联触发等方式。所述的数据采集设备按照以下步骤工作：指控中心根据接收到的触发输入信号，通过无线网络广播触发输出信号；各个数据采集设备接收到触发输出信号，同时启动采集试验测试数据；GPS模块给各个数据采集设备授时，记录数据采集设备启动采集试验测试数据的触发零时刻；远端触发监控仪通过无线网络实时监测数据采集设备触发状态，数据采集设备未触发时手动触发各个数据采集设备，数据采集设备误触发时进行复位，重新待触发；远端触发监控仪下载并保存试验测试数据，对采集到的试验测试数据进行时间同步数据处理。

本发明的实现还在于：设计一种基于网络的数据采集系统远端控制测试方法，该方法不仅能够解决大测试区域布设时设备的同步问题，也能够解决传统测试方法中设备与传感器之间信号电缆过长、试验前期准备周期长等问题。同时可以实现远程显示数据采集设备的运行状态信息、采集参数设置、通道参数设置、启动/停止设备以及数据下载等操控功能，充分保障测试人员的安全以及测试设备的可靠、同步触发，提高了获取测试数据的可靠性。

本发明的实现还在于：设计一种数据采集系统专用减振防护装置，包括该减振防护装置的结构形式，功能特点，现场使用防护方法，该装置采用组合减振座，设备固定索，防尘罩，设备防护坑，破片防护板等，体积小，现场易于安装，使数据采集系统灵活方便的布设在测点附近，达到良好的减振、保护设备的效果。增加现场测试实施的快捷性、可靠性。所述的减振防护装置包括海绵底座、减震器下连接板、减震器上连接板、减震器、挂钩环、破片防护板、防尘罩和设备固定索，所述的减震器上连接板通过若干减震器安装在减震器下连接板上表面，减震器下连接板定在海绵底座上，若干挂钩环安装在减震器上连接板上，设备固定索穿过挂钩环将数据采集设备固定在减震器上连接板上，所述的防尘罩覆盖在数据采集设备上，所述的海绵底座安放在测试现场挖好的设备防护坑内，连通数据采集设备的测试信号线缆沿设备防护坑边沿的预留线槽引出，所述的破片防护板覆盖在设备防护坑上表面，并用沙袋压紧。

本发明的实现还在于：多参数综合测试处理平台为一台安装在主干网络上的主控计算机系统，可通过该无线局域网对所有采集设备进行控制和读取采集数据，同时主干网络也可连接至控制中心，实现远程监控。系统触发后，利用多参数综合测试处理系统，读出各无线网络节点内存储的传感器测量数据。最终在多参数综合测试处理系统得到处理和显示、输出。由此获得距爆炸点不同距离处的冲击波超压、温度、地震波等电信号，进而处理出爆炸当量，冲击波、地震波沿不同方向的衰减规律，温度场空间分布和气体浓度变化规律等参数。

本发明的实施例采用各个测试终端自带GPS和无线网络组网测试的方案，解决了远距离、大范围、多点位、多参数的测试难题，可实现多路数据的自动存储和设备的无线远程操控、测试参数设置、设备监控、数据的远程下载。本方法可实现以下功能：

(1)能完成爆炸冲击波、水位高低、温度、气体浓度、地震波、振动、应力、噪声、现场图像等参数的综合测试任务；

(2)具有较强的环境适应能力，特别是抗干扰能力；

(3)具有大区域布设、数据快速传输能力；

(4)具有无线数据传输能力，无线传输节点具有自组网功能；

(5)具有较强的动态参数综合分析、处理能力。

如图1所示，测试时将冲击波超压传感器、温度测量传感器、地震波测量传感器、气体传感器等分别布设在预定测试点位，上述传感器通过专用短距离屏蔽线接入数据采集设备，数据采集设备通过有线或无线的方式接入无线网络节点，多个无线网络节点可通过全向天线汇入中间汇聚节点，多个中间汇聚节点再通过定向天线传输到定向接收节点，定向接收节点处有数据终端处理设备，可接入光纤通信网将数据传输到指控中心，测试人员可在定向接收节点处接收处理数据，也可在指控中心进行相关操作。其中短距离屏蔽线在20米以内，数据采集设备和无线网络节点的无线通信距离最远200米，无线网络节点到中间汇聚节点通信距离不小于1公里，中间汇聚节点到定向接收节点通信距离不小于6公里。各个测试终端具有单台独立使用和组网测试的功能，系统具有无线网络化传输距离远、数据量大，可远程对各个测试终端进行参数设置和数据下载，组网方式灵活，抗干扰能力强。

由于多参数测试中涉及冲击波、破片速度、温度、地震波、振动、应力、气体浓度等多种传感器，在方案设计中做爆炸威力仿真，充分了解各个测试参数的特点和量值大小，选取合理可行的传感器，提高毁伤参数测试感应源的精度和可靠性。试验前需对各个传感器进行标定，以提高整个测试的精度。

针对多参数测试系统的特殊性与复杂性，传感器选型则根据性能要求的不同采用国产与进口结合的方式，对其中的冲击波、振动、温度、气体组分等动态威力参数测试性能要求较高的，选用美国PCB公司、美国热电偶公司、德国testo公司等国际知名的专业传感器公司的相关产品，以保证测量精度、重复性、非线性、稳定性和使用寿命等，对应力、噪声、地震波等性能的测试则选用国内技术成熟的产品，以节约经费。

由于测试参数多，因此需要对数据采集模块提出较高要求，既要考虑适应多种传感器输出数据采集要求，又要具备多通道数据采集、存储、激励和无线数据传输功能。同时要求采集速率高，存储容量大，并具有丰富的触发功能；接入无线局域网后，可实现远程控制和数据下载。系统中每台数据采集设备自带GPS模块，试验中各个设备的零点可采用GPS时间同步。各个通信节点设置方便，组网方式灵活，抗干扰能力强，设备远程操控和数据下载可靠。

该数据采集系统主要由172路数据采集设备及相应的防护设备组成，主要完成新型威力参数测试，测试区域不小于500m×500m，数据采集设备由工控机、笔记本、主控机及配套软件组成，工控机分为便携式和手持式，便携式分32通道和16通道，手持式分8通道和4通道。具有以下功能：所有的数据采集系统接口均为BNC接口；每个数据采集系统具有网口以便对其进行远程操控；都需要带GPS模块，可实现GPS时间同步，时间同步精度±0.5us；外触发时刻捕获精度：±0.5ms(GPS同步情况下)；设备具有抗爆炸火光、振动冲击干扰、防水、防尘、防湿热、防烟雾的能力；可通过以太网对设备进行所有参数设置。

如图2所示，整个测试系统由主干网和多个子网构成，每个子网是一个单独的无线局域网。每个子网由多个数据采集设备和传感器组、1个无线接入点和1个全向传输节点组成。子网内的数据采集设备通过有线或无线的方式接入其内的无线接入点，再通过子网内的全向传输节点与主干网络上的全向传输节点进行无线通信。

该无线传输系统主要实现对数据采集设备的远程操控和数据下载，传输距离不小于6公里，由13套全向传输节点，5套中间汇聚节点及5套定向接收节点组成。针对应用现场无线数据通信有传输距离远、数据载荷大(高速摄像机)、终端工况恶劣等特点，本方案采用优化的网络拓扑结构与定制的传输设备组成通信网络以满足上述现场工作特点的要求。主要设计目标是保证系统的可靠性和稳定性，在此基础上提高通信距离和通信带宽，并保证系统的数据安全。

主干网络上分布有多个定向接收节点，工作在点对点模式。每个子网通过其定向发送节点与主干网络上的定向接收节点进行远距离通信。主干网络上控制中心的主控机可通过该无线局域网对所有数据采集设备、其它测试设备进行控制和读取采集数据。

在现场布设时除天线外露外，仪器其他部分都可置于地下挖好的防护坑中，并盖钢板防护，对外露天线可在其前方正对爆心的方向采用角钢及钢板遮挡，以防天线受损。该系统自带控制软件，可实现整个无线传输系统的在线监控；在线参数配置；传输故障报警。

子网内无线设备的安装考虑地形、环境、可视距离、有无遮挡物以及无线设备分布情况等因素，采取适当的无线传输设备和安装方法。子网无线接入点的布置，须根据传感器和采集设备的分布情况而定。按照一定的密度和数量进行区域划分，从而对所有采集设备进行覆盖。

主干网各类天线应搭建在地势较高处或采用较高的安装支架，定向接收节点通过交换机接入有线主干网络，主干网络上的主控机可通过该无线局域网对所有采集设备进行控制和读取采集数据，同时主干网络也可连接至控制中心，实现远程监控。具体方案应根据实际地形，环境，可视距离，有无遮挡物等因素而定。由于无线网络设备长期工作于室外，使用环境较为恶劣，其可靠性至关重要。除了符合要求的电气性能外，还要求具备良好的密封、防水、防腐蚀和抗冲击性能。

如图1所示，了更好的适应战斗部型号对靶场试验测试的需求，以及解决传统试验测试方法在吨级当量战斗部爆炸当量大、测试区域大的条件下难以有效满足的问题，设计一种基于网络的数据采集系统远端控制测试方法，该方法不仅能够解决大测试区域布设时设备的同步问题，也能够解决传统测试方法中设备与传感器之间信号电缆过长、试验前期准备周期长等问题。同时可以实现远程显示数据采集设备的运行状态信息、采集参数设置、通道参数设置、启动/停止设备以及数据下载等操控功能，充分保障测试人员的安全以及测试设备的可靠、同步触发，提高了获取测试数据的可靠性。

如图1所示，多参数综合测试处理平台为一台安装在主干网络上的主控计算机系统，可通过该无线局域网对所有采集设备进行控制和读取采集数据，同时主干网络也可连接至控制中心，实现远程监控。战斗部起爆后，利用毁伤参数综合测试处理系统，读出各无线网络节点内存储的传感器测量数据。最终在毁伤参数综合测试处理系统得到处理和显示、输出。由此获得距爆炸点不同距离处的冲击波超压、温度、地震波等电信号，进而处理出爆炸当量，冲击波、地震波沿不同方向的衰减规律，温度场空间分布和气体浓度变化规律等参数。

本系统软件主要包括终端设备数据分析软件和系统集中控制软件。终端设备数据分析软件用于对单独设备进行参数设置、查看、数据下载、分析等功能。系统集中控制软件用于控制中心对所有设备进行统一管理，运行在控制中心服务器上(工控机)。包括终端设备数据分析软件所有功能，还包括集中控制人机界面，服务器多IP相关网络程序设计，控制中心数据显示处理等功能；各个终端采集设备运行各自数据采集控制软件，采用统一无线或有线网络接口、协议进行传输。

设备通过以太网与安装有数据分析软件的PC机相连接，数据分析软件主要具备以下功能：

1.具备通过以太网对设备进行所有参数设置；

2.下载并存储设备采集的数据，并显示下载进度及信息；

3.能预览各存盘数据，分析有效数据分布；

4.使用多种算法对波形进行分析，算法有系数、平滑、滤波、FFT、加窗等；

5.将数据导出为txt、csv格式的文件，供兼容其它分析软件使用；

6.能对数据进行查找，以便找到有效数据的位置；

7.将分析数据打印输出报表。

无线网络管理考虑到应用中节点设备数量多、节点部署的空间跨度大，为了降低系统控制、维护的工作强度，设计了方便易用的集中式管理中心软件，可在中控室的服务器上或车载移动终端上监控和配置远程设备节点。不仅可以降低系统使用工作量，而且还能在应用中节约配置管理的时间，提高工作效率。

系统配备智能电源管理模块，集成了电池充电管理、放电状态监测，以及系统运行时的低功耗优化。

可监测当前网络系统的运行状态，除了各个链路间的通信质量，同时还包括对整个网络动态拓扑结构的实时监测。

整个设备中，数据采集和激励源输出功能模块需要进行触发操作。设备共包含五种触发方式：外触发，内触发，GPS定时触发，手动触发(强制触发)和网络触发。数据采集模块支持全部五种触发方式；激励源模块支持GPS定时触发、手动触发和网络触发三种触发方式。

其中，GPS定时触发以GPS模块提供的1PPS秒脉冲信号为基准。其相对绝对时间精度在500ns以内(GPS同步状态下)。多台数据采集设备可通过该信号实现大范围分布式系统同步触发。

网络触发则通过中心管理系统发出统一触发信号，再将该信号以网络协议方式进行广播发送，是所有在网设备接近同时启动采集或激励。该方式由于各个设备的协议处理性能和网络设备传输性能的不同，不同通设备之间会存在一定同步误差，预计会在几十毫秒级别。

如图3所示，拓扑结构针对试验院现场应用的特点优化设计。整个传输链路分为主干链路与覆盖链路，主干链路采用5.8GHz频段定向传输节点，覆盖链路采用2.4GHz全向传输节点。链路对TCP/IP协议透明，可以传输任何基于TCP/IP协议的数据载荷。具有以下特点：

1)为适应终端工况恶劣，本系统在工作时需耐受大的冲击波，因此对设备的防护提出了较高的要求。本方案采用主干与覆盖两级传输，可以有效的解决设备的防护问题。定向传输节点远离冲击波发生点；覆盖节点采用全向天线，可以放置于掩体之后，在现场可按照保护要求灵活放置，通信性能不受摆放方向影响。

2)每台数据采集设备附近配置一台2.4GHz全向传输节点(后称临设备节点)，临设备节点通过全向天线与中间汇聚节点互联；至少需要5个汇聚节点完成覆盖；中间汇聚节点与临设备节点之间的组合情况可以灵活配置。

3)远距离传输：现场应用要求数据要传输到6公里以外的光纤接口。5个中间汇聚节点与5个接收节点间使用定向天线传输，工作频段为5.8GHz。

如图4所示，电源系统中考虑本系统的应用环境，为了提高系统的适应性和降低应用复杂度，本系统的所有节点均支持内置锂电池供电，系统配备智能电源管理模块，集成了电池充电管理、放电状态监测，以及系统运行时的低功耗优化。

为了降低系统设计与维护的工作量，电池电源部分实现为相对独立的逻辑模块，通过SPI总线与系统主板通信，向系统返回电源、电池的状态信息，并接收系统的电源策略配置。为了保证系统在高低温环境时的稳定工作，采用军品锂电池组。

如图5所示，在管理软件中用户在网络应用时需要解决快速组网，并能根据自身位置及时调整网络结构。由于网络分布式、自组织、节点移动中通信等技术特点，使得它具有可快速临时组网，随时切换位置的特点，这就要求组网的节点要有较强的通信管理能力，能对内部通信方式、通信路由进行整体规划和及时调整。

监测主要用来反映系统当前的运行状态，除了各个链路间的通信质量，同时还包括对整个网络动态拓扑结构的实时监测。本应用背景是高可靠的无线数据传输节点的属性检测，通常做法是使用浏览器访问特定IP和端口，进入节点信息管理页面。当节点数目增加，人工访问页面进行逐一检测就显得不太实际了。

软件部分分为上、下位机两部分管理，上位机负责监控整个网路，而下位机则具体负责处理一些具体的要检测的信息，其中上、下位机通过无线网络端口来进行连接。其传输协议初步采用snmp协议的扩展方式实现，或者根据需求自定义数据指令传输格式。

其中下位机(普通节点)负责采集数据并将数据传输到汇聚节点中，有汇聚节点进行数据融合，并上传到总机中，由总机将数据以友好的界面呈现给使用者。

Claims (4)

1.一种基于分布式无线网络化的数据采集测试方法，其特征在于包括下述步骤：将冲击波超压传感器、温度测量传感器、地震波测量传感器和气体传感器分别布设在预定测试点位，并通过短距离屏蔽线接入数据采集设备，数据采集设备通过有线或无线的方式接入无线网络节点，构成无线子网，多个无线网络节点汇入中间汇聚节点，多个中间汇聚节点再通过定向天线传输到定向接收节点，构成整个无线网络，定向接收节点处有数据终端处理设备，将数据传输到指控中心。

2.根据权利要求1所述的基于分布式无线网络化的数据采集测试方法，其特征在于：所述的数据采集设备包括便携式数据采集系统和手持式数据采集系统，所述的便携式数据采集系统包括前后面板、机箱、内部安装板、电路模块、输入输出接口和系统接口；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，前后两端分别用铝合金材质的前后面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；内部安装板采用铝制冷板，各个电路模块通过减振垫镶嵌在内部安装板上，内部安装板和机箱之间采用插接方式固连，且通过锁紧条紧固；所述的输入输出接口均采用BNC接口，布设在后面板上，所述的系统接口和指示灯、功能按钮布设在前面板上，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭；所述的手持式数据采集系统包括上下面板、机箱、电路模块、输入输出接口、系统接口和电池模块；所述的机箱采用铝合金一体锻压成型，上下两端分别用铝合金材质的上下面板封闭，形成密封结构，机箱内壁设计有加强筋，机箱外壁设计有散热槽；所述的电路模块堆叠在机箱内，并由电池模块供电；所述的输入输出接口均采用BNC接口，和系统接口一起布设在机箱上，所述上面板上布设有指示灯和功能按钮，输入输出接口和系统接口都带有密封圈和减振垫，并通过密封盖封闭。

3.根据权利要求1所述的基于分布式无线网络化的数据采集测试方法，其特征在于：所述的数据采集设备上加装减振防护装置，包括海绵底座、减震器下连接板、减震器上连接板、减震器、挂钩环、破片防护板、防尘罩和设备固定索，所述的减震器上连接板通过若干减震器安装在减震器下连接板上表面，减震器下连接板定在海绵底座上，若干挂钩环安装在减震器上连接板上，设备固定索穿过挂钩环将数据采集设备固定在减震器上连接板上，所述的防尘罩覆盖在数据采集设备上，所述的海绵底座安放在测试现场挖好的设备防护坑内，连通数据采集设备的测试信号线缆沿设备防护坑边沿的预留线槽引出，所述的破片防护板覆盖在设备防护坑上表面，并用沙袋压紧。

4.根据权利要求1所述的基于分布式无线网络化的数据采集测试方法，其特征在于：所述的数据采集设备按照以下步骤工作：指控中心根据接收到的触发输入信号，通过无线网络广播触发输出信号；各个数据采集设备接收到触发输出信号，同时启动采集试验测试数据；GPS模块给各个数据采集设备授时，记录数据采集设备启动采集试验测试数据的触发零时刻；远端触发监控仪通过无线网络实时监测数据采集设备触发状态，数据采集设备未触发时手动触发各个数据采集设备，数据采集设备误触发时进行复位，重新待触发；远端触发监控仪下载并保存试验测试数据，对采集到的试验测试数据进行时间同步数据处理。