CN110186957A - 一种同步信息采集处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步信息采集处理系统及方法，该系统包括疲劳试验机、下位机、上位机和探测子系统；探测子系统包括多种探测设备，多种探测设备至少包括高速相机、热成像仪和至少一个工业相机；下位机与疲劳试验机、探测子系统电连接，用于接收下位机控制指令、疲劳试验机输出电压数据，生成相应的探测设备控制指令，并发送至对应的探测设备，以控制各探测设备同步采集或单独采集试件的试验数据；上位机与下位机、探测子系统电连接，用于接收外部输入的用户指令、下位机反馈的数据以及探测子系统采集的试件的试验数据，生成相应的下位机控制指令，并向下位机发送。该系统对各探测设备进行协同控制，能够提高试验精度，节约人力成本。

Description

一种同步信息采集处理系统及方法

技术领域

本发明涉及材料力学性能研究技术领域，尤其涉及一种同步信息采集处理系统及方法。

背景技术

材料是科学技术发展的基础，复合材料作为最新发展起来的一大类新型材料，对科学技术的发展产生了极大的推动作用。同时，随着科学技术的不断进步，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料的性能要求越来越高，因而对复合材料也提出了更高的要求。先进复合材料，例如三维编织复合材料，在航空航天等技术领域占有重要的地位，其新发展趋势和特点包括应用发展的多元化、技术发展的低成本化、材料的智能化，竞争发展的国际化和设计验证的规范化。

复合材料实际应用于航空航天等设备制造前，需对其力学性能进行研究，其中，疲劳试验是一个必不可少的环节。目前通常采用疲劳试验机对材料试件进行疲劳试验，利用多种不同的探测设备，例如工业相机、热成像仪、高速相机等，分别探测材料试件在疲劳试验中的表面图像、温度等各项试验数据，试验结束后汇总各项试验数据，再分析应变信息、温度信息等和力学性能之间的内在联系。该方式存在如下不足之处：在试验过程中，各种探测设备相互独立，需要人工逐个操控，过程繁琐且难以精确控制；多项不同数据彼此之间常常存在触发时间偏差，难以在时域上严格对准，这势必会影响到最终求得的结果，不利于研究材料的真实力学性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的至少一部分缺陷，提供一种能够协同控制多个探测设备，可同步触发各个探测设备进行探测的同步信息采集处理系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种同步信息采集处理系统，包括：疲劳试验机、下位机、上位机和探测子系统；

所述探测子系统包括多种探测设备，用于采集设于所述疲劳试验机上进行疲劳试验的试件的试验数据，并反馈至所述上位机；多种探测设备至少包括高速相机、热成像仪和至少一个工业相机，高速相机、工业相机用于拍摄试件表面图像信息，热成像仪用于获取试件表面温度信息；

所述下位机与所述疲劳试验机、所述探测子系统电连接，用于接收下位机控制指令、所述疲劳试验机输出电压数据，生成相应的探测设备控制指令，并发送至对应的探测设备，以控制各探测设备同步采集或单独采集试件的试验数据；

所述上位机与所述下位机、所述探测子系统电连接，用于接收外部输入的用户指令、所述下位机反馈的数据以及所述探测子系统采集的试件的试验数据，生成相应的下位机控制指令，并向所述下位机发送。

优选地，所述探测子系统包括至少两个所述工业相机，至少两个所述工业相机分设于不同位置，用于从不同角度采集试件的表面图像；所述上位机用于接收至少两个所述工业相机的采集数据，进行综合处理后得到试件表面三维图像和应力应变云图。

优选地，所述探测子系统中还包括声发射仪，所述声发射仪用于采集试件的内部声音信息。

本发明还提供了一种同步信息采集处理方法，采用如上述任一项所述的同步信息采集处理系统，具体包括如下步骤：

预设置步骤、通过上位机设置下位机的工作参数，设置完成后，开启疲劳试验机进行疲劳试验；

信号读取步骤、下位机实时接收疲劳试验机输出的载荷电压信号，并将电压信号由模拟信号转化为数字信号；下位机对电压信号进行分析和运算，并向上位机反馈；上位机接收电压信号，进行分析和运算，得出电压与时间相关的函数并以图像形式显示；

探测采集步骤、下位机根据上位机向其发送的下位机控制指令，结合预设置步骤中设置的工作参数以及信号读取步骤得到的电压信号，针对各探测设备生成相应的采样指令，并发送至对应的探测设备，触发探测设备工作；各探测设备根据接收到的采样指令同步采集或单独采集试件的试验数据，并将试验数据向上位机反馈；上位机接收各探测设备返回的试验数据，生成相应的下位机控制指令并发送；

数据汇总步骤、上位机综合下位机反馈的电压信号，输出时间对应的电压信号与各项试验数据。

优选地，所述预设置步骤中，通过上位机设置下位机的工作参数时，设置的工作参数包括疲劳试验机频率、完整采样周期采样点数、峰值、谷值、采样间隔周期。

优选地，所述探测采集步骤中，下位机根据预设置步骤中设置的工作参数，以及各探测设备自身的采样频率，确定针对该探测设备的采样时间点。

优选地，所述探测采集步骤中，下位机结合预设置步骤中设置的工作参数以及信号读取步骤得到的电压信号，针对各探测设备生成相应的采样指令时，若下位机判断电压信号超出电压阈值范围，则同步触发各探测设备进行试验数据采集。

优选地，所述探测采集步骤中，上位机接收各探测设备返回的试验数据，生成相应的下位机控制指令时，若上位机判断有任意一项试验数据超出预设的阈值范围，则上位机生成相应的下位机控制指令，通过下位机同步触发各探测设备进行试验数据采集。

优选地，所述探测采集步骤中，探测子系统中的热成像仪根据接收到的采样指令采集试件的表面温度数据，并将温度数据向上位机反馈；

所述数据汇总步骤中，上位机接收热成像仪采集的温度数据，并将温度数据根据温度值大小进行划分，转换为对应的彩色图像输出。

优选地，所述数据汇总步骤还包括，上位机根据外部输入的用户指令确定选区，提取选区内的温度对应的彩色图像。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种同步信息采集处理系统，包括疲劳试验机、下位机、上位机和探测子系统，下位机采集疲劳试验机输出的电压信号并向上位机反馈，上位机接收探测子系统探测的试验数据并控制下位机工作，该系统实现了对探测子系统中的多种探测设备进行协同控制，下位机能够根据电压信号判断试件是否断裂从而及时触发探测子系统，上位机能够根据探测子系统中任一探测设备反馈的试验数据判断试件是否断裂从而通过下位机及时触发其他探测设备，本发明将各种探测设备集成为一个完整系统，可以实现多项试验数据的自动化监控和分析，代替了人工操作，有效提高了试验精度并且大幅度节约了人力成本。

本发明还提供了一种同步信息采集处理方法，该方法能够同步触发各个探测设备进行数据采集，将各独立运作的设备测得结果根据时间精确对准，并且进行汇总。该方法将高速相机、工业相机、热成像仪等探测设备的探测过程有机结合，可以更加深入地研究三维编织复合材料等先进复合材料的力学特性，以及材料发生损伤破坏时图像信息、热量信息和强度极限之间的关系。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种同步信息采集处理系统结构示意图；

图2是本发明实施例一中的另一种同步信息采集处理系统结构示意图。

图中：100：疲劳试验机；200：下位机；300：上位机；400：高速相机；500：工业相机；600：热成像仪；700：声发射仪。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的同步信息采集处理系统，包括疲劳试验机100、下位机200、上位机300和探测子系统。其中，探测子系统包括多种探测设备，用于采集设于疲劳试验机100上进行疲劳试验的试件的各项试验数据，并反馈至上位机。探测子系统中的多种探测设备至少包括高速相机400、热成像仪600和至少一个工业相机500，其中高速相机400、工业相机500用于拍摄试件表面图像，采集试件表面图像数据，并反馈至上位机，热成像仪600用于获取试件表面温度信息，采集试件表面温度数据，并反馈至上位机。

下位机200与疲劳试验机100、探测子系统电连接，用于接收上位机300向下位机200发出的下位机控制指令、疲劳试验机100向下位机200输出的疲劳试验机输出电压数据，生成相应的探测设备控制指令，并发送至对应的探测设备，以控制各探测设备同步采集或单独采集试件的试验数据。下位机200接受上位机300控制，通过上位机300可控制下位机200触发相应的探测设备进行工作，例如下位机200能够根据收到的下位机控制指令，定时触发工业相机500、热成像仪600等探测设备对试件进行采集，获取相应的试验数据。通过疲劳试验机输出电压数据同样可控制下位机200触发相应的探测设备进行工作，例如下位机200接收疲劳试验机输出电压数据后进行判断，若电压超过预设的电压阈值，则判定试件出现断裂或即将出现断裂，下位机200立即触发高速相机400对试件进行拍摄，获取断裂时刻试件图像。各探测设备可以同步采集或单独采集试件的试验数据，即，下位机200判定试件出现断裂，触发高速相机400的同时，也可同步触发其他探测设备，以便获取同一时刻多项不同参量的试验数据，有助于分析各参量彼此之间的内部联系。

上位机300与下位机200、探测子系统电连接。上位机300用于接收外部输入的用户指令、下位机200反馈的数据以及探测子系统采集的试件的各项试验数据，生成相应的下位机控制指令，并向下位机200发送。上位机300根据外部输入的用户指令生成下位机控制指令并向下位机200发送，用户可通过上位机300设置下位机参数，控制下位机200对探测子系统进行触发等。并且，上位机300还根据下位机200反馈的数据、探测子系统采集的试件的试验数据进行判断，例如，上位机300对热成像仪600反馈的试件表面温度信息进行分析，若试件表面温度超过预设的温度阈值，或试件表面温度变化超过预设的温升速率阈值，则判定试件出现断裂或即将出现断裂，上位机300立即生成下位机控制指令并发送至下位机200，响应于下位机控制指令，下位机200同步触发或单独触发各个探测设备采集试验数据。

优选地，上位机300还用于综合处理下位机200反馈的数据以及探测子系统采集的试件的试验数据，生成结果并输出，例如，上位机300可用于获取同一时刻下，疲劳试验机输出电压数据、试件表面图像、试件表面温度信息等。

目前对复合材料进行疲劳试验时，通常是多种探测设备单独使用，相互之间不存在配合，在数据处理的过程中再分析力学性能和图像信息、温度信息等参量之间的内在联系。该方式需要人工操作各个设备，各设备工作模式及采样频率不同，例如工业相机拍摄试件表面图像，采集帧率较低，可长时间开启，而高速相机拍摄图像帧率较高，但存储空间有限，通常只能在特定时间(如断裂时刻前后)短暂开启。通过人工控制各设备不仅操作较为繁琐，而且难以确保在同一时刻同步触发各个设备，例如疲劳试验机的预设加载和实际加载可能存在误差，各设备响应时间可能存在误差，测得的各参量试验数据不能保证在时域上完全对应，不利于分析其内部联系。且试件断裂发生的过程通常时间很短，人工观测到出现断裂后，再去控制设备(例如高速相机)开启，很容易错过断裂时的信息。

本发明将高速相机400、工业相机500、热成像仪600等探测设备整合为一个探测系统，实现了协同控制、同步触发，不仅能够严格控制各个设备在同一采样时间采集数据，将各项试验数据按照采样时间汇总于上位机300，还能够根据疲劳试验机100的载荷输出信号(输出电压数据)及各设备的探测信号(温度信息、图像信息等)判定试件断裂或即将出现断裂，在试件断裂的第一时间即根据需要触发相应的探测设备采集断裂时刻前后的试验数据。同时，上位机300可对下位机200反馈的数据，以及探测子系统采集的试件的试验数据进行综合处理，使用者能够通过上位机300，根据需要选取部分试验数据及其相关信息进行分析处理，无需通过存储设备一个个设备拷贝信息再进行汇总整理。该系统实现了数据的自动化监控和分析，代替了人工操作，有效提高了试验精度并且大幅度节约了人力成本。需要说明的是，该系统也可以用于复合材料的静态拉伸或静态压缩试验，同样可以实现协同控制、同步触发的功能。

优选地，如图2所示，该系统的探测子系统包括至少两个工业相机500，两个工业相机500分设于不同位置，用于从不同角度采集试件的表面图像，并反馈至上位机300，以便获取立体图像，图2中示出了包括两个工业相机500的方案。上位机300用于接收至少两个工业相机500的采集数据，进行综合处理后得到试件表面三维图像和应力应变云图。

现有技术采用两个工业相机500拍摄试件的表面图像进行综合处理时，两个工业相机500在响应时间上可能存在偏差，进而影响试验精度。本发明的系统能够同步触发多个探测设备，即可以严格控制两个工业相机500同时从不同位置拍摄试件的表面(两个工业相机500之间的时间误差测量可控制在50微秒以内)，从而获取更为精确的试件表面三维图像，有效提高试验精度。

优选地，如图2所示，该系统的探测子系统中还包括声发射仪700，声发射仪700用于采集试件的内部声音信息，采集试样的内部音频信号，并反馈至上位机300。声发射仪700能够对目标区域的声音信息进行监测，当探测到试件出现异常声音信号时，上位机300控制下位机200同步触发或单独触发各个探测设备(工业相机500、高速相机400、热成像仪600等)，获取试件断裂时刻前后的试验数据，进行综合处理后，可用于研究材料发生损伤破坏时声音信息、热量信息和强度极限之间的关系。进一步地，探测子系统还可包括其他触发式探测设备，以便获取不同的试验信息。

优选地，上位机300还用于设置定时管理条件，定时管理条件包括根据时间条件启动或终止；根据采样次数条件启动或终止；强制终止条件等，上述条件在上位机300窗口列表显示，便于使用者实现同步信息采集处理系统的定时管理功能。

实施例二

本发明实施例二提供了一种同步信息采集处理方法，采用上述任一项所述的同步信息采集处理系统，具体包括如下步骤：

预设置步骤、通过上位机300设置下位机200的工作参数，设置完成后，开启疲劳试验机100进行疲劳试验。

通过上位机300可对下位机200进行设置，控制下位机200的工作模式。

信号读取步骤、下位机200实时接收疲劳试验机100输出的载荷电压信号，并将电压信号由模拟信号转化为数字信号；下位机200对电压数字信号进行分析和运算，并向上位机300反馈疲劳试验机100实际输出的电压信号；上位机300接收电压信号，进行分析和运算，得出电压与时间相关的函数并以图像形式显示。

疲劳试验机100工作时，其预设载荷(预设工作电压)与实际载荷(实际输出的电压信号)可能存在偏差，通过获取疲劳试验机100输出的模拟电压信号(±10V的正弦信号、方波信号、三角波信号、脉冲信号、随机信号)，并进行分析、运算与显示，使用者可以更为准确的获取实际载荷信息。优选地，上位机300包括显示器，显示器屏幕实时显示疲劳试验机100输出载荷波形图，并且能够读取并显示幅值、峰谷值，能够对信号周期进行计数，以及根据需要存储波形图的数据。

探测采集步骤、下位机200根据上位机300向其发送的下位机控制指令，结合预设置步骤中设置的工作参数以及信号读取步骤得到的电压信号，针对各探测设备设置生成相应的采样指令，并发送至对应的探测设备，触发相应的探测设备工作；各探测设备根据接收到的采样指令同步采集或单独采集试件的试验数据，并将试验数据向上位机300反馈；上位机300接收各探测设备返回的试验数据，并根据返回的数据生成相应的下位机控制指令，向下位机200发送控制指令。

此步骤中，下位机200响应上位机300的控制，根据实际需要触发相应的探测设备进行数据采集，例如，下位机200可根据上位机300控制，在指定的采样时间点定时触发探测设备进行采样。各探测设备可同步工作，也可单独工作。上位机300接收探测子系统返回数据以及下位机200返回数据，生成相应的下位机控制指令并发送至下位机200，下位机200响应上位机300的控制，继续执行新的下位机控制指令。

优选地，探测采集步骤中，下位机200结合预设置步骤中设置的工作参数以及信号读取步骤得到的电压信号，针对各探测设备生成相应的采样指令时，若下位机200判断电压信号超出电压阈值，则生成相应采样指令，触发相应的探测设备进行试验数据采集。此步骤中，若下位机200判断获取的电压信号发生骤降或异变，即可认为试件即将发生或已发生断裂，即刻触发相应的探测设备工作，能够及时的获取试件断裂前后的试验数据。进一步优选地，若下位机200判断电压信号超出电压阈值范围，则生成相应采样指令，同步触发各探测设备，多种探测设备同时进行试验数据采集，采集多种试验数据，便于后续进行综合分析，研究各试验数据及试件力学性能的内部联系。

优选地，探测采集步骤中，上位机300接收各探测设备返回的试验数据，生成相应的下位机控制指令时，若上位机300判断有任意一项试验数据超出预设的阈值范围，则上位机300生成相应的下位机控制指令发送至下位机200，通过下位机200生成相应的采样指令发送至对应的探测设备，触发相应的探测设备进行试验数据采集。此步骤中，若上位机300判断获取的试验数据出现异常，例如，上位机300判断热成像仪600返回的温度试验数据超过温度阈值，或温度变化超过温升速率阈值，或声发射仪返回的声音试验数据存在异常或者密集声音信号，或工业相机500返回的试验表面图像数据显示试件表面出现裂纹，即可认为试件即将发生或已发生断裂，即刻触发相应的探测设备工作，能够及时的获取试件断裂前后的试验数据。该步骤通过上位机300对获取的各项试验数据进行了初步的综合处理，若各项试验数据发生变化，上位机300能够迅速控制下位机200触发相应的探测设备工作，实现对各个探测设备的协同控制及自动化触发，第一时间捕捉到断裂发生时的各项试验数据。进一步优选地，若上位机300判断有任意一项试验数据超出预设的阈值范围，则上位机300生成相应的下位机控制指令，通过下位机200同步触发各探测设备，多项探测设备同时进行试验数据采集，各探测设备中，有一个探测到试件断裂或出现断裂征兆，即能够同步触发其他探测设备进行采集，避免漏检。

数据汇总步骤、上位机300综合下位机200反馈的电压信号，输出时间对应的电压信号与各项试验数据。

此步骤中，上位机300根据时域对应关系，将电压信号和各项试验数据进行汇总，使用者可根据需要选取其中一部分的数据进行处理，分析试件的力学性能。

本发明提供的同步信息采集处理方法能够对疲劳试验中的工业相机500、高速相机400、热成像仪600或其他支持触发的探测设备进行综合控制，同步触发，获得同一时刻的多项试验数据，探测设备的响应时间误差小，试验精度高，且节约了人工成本。

优选地，预设置步骤还包括设置疲劳试验机100工作模式，设置疲劳试验机100工作模式可通过疲劳试验机100控制器完成。

考虑到探测子系统中，各个探测设备的采样频率通常存在差异，不能与疲劳试验机100直接匹配，或不能用相同的频率触发工作，因此，本发明可采用间隔采样的方法采集数据。

优选地，预设置步骤中，通过上位机300设置下位机200的工作参数时，根据各探测设备正常工作的采样频率和/或疲劳试验机100工作模式进行具体的设置。进一步地，通过上位机300设置的工作参数包括：疲劳试验机频率、完整采样周期采样点数、峰值、谷值、采样间隔周期，可以为具体的数值，也可限定可行的范围。其中，疲劳试验机频率f为疲劳试验机预设载荷频率，T＝1/f，T为一个完整电压信号周期长度；完整采样周期采样点数N为描述一个完整采样周期所需采样点个数，采样间隔周期M为两次采样点之间间隔的完整周期数，一个完整采样周期包含(M*(N-1)+1)个完整电压信号周期。

进一步地，探测采集步骤中，下位机根据预设置步骤中设置的工作参数，以及各探测设备自身的采样频率，确定针对该探测设备的采样时间点，即有针对性的设置适宜各探测设备的采样时间点。

优选地，探测采集步骤中，针对任一探测设备，确定针对该探测设备的采样时间点时，下位机首先确定完整电压信号周期长度T，以及完整采样周期采样点数N(即描述一个完整信号周期所需的采集点数)，然后针对探测设备自身的采样频率，确定采样间隔周期M，最后下位机每间隔M个完整电压信号周期设置一个采样时间点，且每个采样时间点相比于前一个采样时间点在其所在的电压信号周期中的位置后延T/N。在一个完整采样周期内，采样时间点间隔满足t＝MT+T/(N-1)，在任意零点时刻t₀起始，经过t_总＝(N-1)*t的时间即可获取一个完整采样周期所需的全部采样点。

以工业相机500为例，Point Grey工业相机500的最高帧率为90帧，接收到触发信号后响应时间小于10微秒，曝光时间在0.16-0.99毫秒，而疲劳试验机100的极限加载频率为100赫兹，常用加载频率为1-50赫兹。因此，当疲劳试验机100加载频率过高时，工业相机500由于自身精度问题，无法在一个试验周期内就完整捕捉到试件的表面特征。而在疲劳试验中，相对于整个完整的试验过程(10000-1000000+试验周期)这一连续动态变化过程，一般认为在较少周期内(例如500个试验周期)材料的力学特性不发生改变，基于这一事实，本发明采用了上述间隔周期设置采样时间点的方法，实现了通过较低频率的探测设备采集较高频率的疲劳试验过程。

疲劳试验机100在进行疲劳试验过程中，加载模式是载荷逐步上升，直至载荷达到设定的幅值并趋于稳定。下位机200能够通过识别电压信号的峰谷值或零点对循环周次进行计数，待达到设定的待机循环周期后进行正常工作。

例如对疲劳试验机100加载频率为20赫兹的正弦信号进行采集分析，一个正弦信号的周期为50毫秒，需要采集50个点来对描述其力学特性。当疲劳试验机100输出稳定的模拟电压信号时，下位机200实时接收疲劳试验机100输出的载荷电压信号，开始进行触发操作。在第一个采样周期内，下位机200在读取到零点后开始触发第一个脉冲信号，即触发对应的探测设备采集数据，例如触发工业相机500进行拍照，并不断记录周期次数，经过9个完整信号周期后，在过零点后的第1毫秒时触发第二个脉冲信号，经过9个完整信号周期后，在过零点后的第2毫秒时触发第三个脉冲信号……依此类推，在经过490个完整信号周期后就可得到50个脉冲信号，对应50个采样点，即采集到一个完整的正弦波，以此来控制探测设备进行数据采集功能，描述该试件在特定时间点的力学性能特性。同时，下位机200会在采集到第一个完整正弦波后继续工作，在经过设定的循环周期后，重复上述过程，获得第二个完整正弦波，直至疲劳试验结束，系统关闭。本发明所采用的方法与传统方法所获得的结果等效，实现了使用远远低于被采样信号频率的采样频率达到高采样频率采样同样的效果。

优选地，预设的工作参数还包括判定阈值，判定阈值包括但不限于电压阈值、温度阈值、温升速率阈值。其中，电压阈值用于限定下位机200接收疲劳试验机100的电压信号，若接收到的电压信号超出电压阈值，则认为试件即将断裂或已经断裂；温度阈值用于限定上位机300接收热成像仪600探测到的试件表面温度，若接收到的试件表面温度超出温度阈值，则认为试件即将断裂或已经断裂；温升速率阈值用于限定上位机300接收热成像仪600探测到的试件表面温度变化量，若接收到的试件表面温度变化量超出升温率阈值，则认为试件即将断裂或已经断裂。优选地，若同步信息采集处理系统中还包括声发射仪，则判定阈值还包括声音阈值，用于限定上位机300接收声发射仪探测到的试件声音信息，若接收到的试件声音信息超出声音阈值，则认为试件即将断裂或已经断裂。

现有技术中的热成像仪能够返回带有温度信息的图像，但其返回的图像不能直接处理，且只能在采集结束之后，才能通过存储设备导出其采集到的图像进行后处理。为了能够实时对温度信息进行处理，并根据温度变化及时做出响应，探测采集步骤中，探测子系统中的热成像仪600根据接收到的采样指令采集试件的表面温度数据，并将温度数据向上位机300反馈。即热成像仪600直接向上位机300直接反馈采集到的温度信息数据组，无需反馈图像。数据汇总步骤中，上位机300接收热成像仪600采集的温度数据，并将温度数据根据温度值大小进行划分，转换为对应的彩色图像输出。

一个优选的实施方式中，探测采集步骤中，热成像仪600采集原始数据(640*480数组)，其中包含未处理的温度信息和位置信息，并将信息传输给上位机300。数据汇总步骤中，上位机300处理数据并获得温度信息和位置信息(例如对于Flir型号的热成像仪，其实际温度与原始数据之间的表达式为表示为：Tempt＝raw(x，y)*0.006509-67.293290)；上位机300提取所有数据中实际温度的最小值Min和最大值Max，并确定温度范围Range(Range＝Max–Min)，将温度范围四等分，依次对应蓝青(Min-1/4Range)、青绿(1/4Range-2/4Range)、绿黄(2/4Range-3/4Range)、黄红(3/4Range-Max)渐变，即建立温度数值和不同颜色之间的对应关系，上位机300完成温度信息向彩色图像的对应转化，得出热成像图像。

优选地，数据汇总步骤还包括，上位机300根据外部输入的用户指令确定选区，提取选区内的温度对应的彩色图像。进一步地，提取选区可采用掩模法，建立一个数组，将选区内数据设为1，选区外数据设为0，将数组与得到的包含温度信息的彩色图像进行乘法，即可提取选区范围内的彩色图像。

在一个优选的具体实施方式中，信号读取步骤包括：

1、上位机300启动测量、发送下位机控制指令给下位机200；

2、下位机200接收指令，根据指令设置定时器；

3、下位机200从疲劳试验机100输出的载荷电压信号中获取多个(如10000000个)电压值；

4、下位机200从上述电压值中提取最大值Max和最小值Min，并计算零点阈值(Max+Min)/2；

5、下位机200返回上述三个值到上位机300；

6、下位机200通过零点阈值((Max+Min)/2)检测零点，检测到两次通过零点即认为周期数加1；检测到零点后启动定时器，按照定时器的设置开始返回固定时间点的电压信号；

7、上位机300根据接收到的电压信号绘图，并在窗口显示。

最终，上位机300可以获得疲劳试验机100载荷输出计数、所属周期数、实际电压值、计算理论值、绝对误差，并实时输出实际电压值和计算理论值图像。

综上所述，本同步信息采集处理系统及方法能够实现如下功能：

a、协同控制功能

(1)、实时读取疲劳试验机电压信号，当电压信号发生骤降或异常情况时，对高速相机400、工业相机500、热成像仪600、声发射仪等探测设备进行触发操作；

(2)、热成像仪600对目标区域的温度实时进行监测，支持预设温度阈值，当温度超过幅值时，该系统能够触发工业相机500、高速相机400、声发射仪等开始工作；

(3)、热成像仪600对目标区域的温度实时进行监测，支持预设温升速率阈值，当温度变化过快时，该系统能够触发工业相机500、高速相机400、声发射仪等开始工作；

(4)、声发射仪对目标区域的声音信息进行监测，当探测到异常或者密集声音信号时，该系统能够触发工业相机500、高速相机400、热成像仪600等进行工作。

b、信号读取功能

下位机200能够对疲劳试验机100的模拟电压信号进行实时读取，并将模拟信号转化为数字信号，从而进行分析和运算，并在读取到指定数值的电压信号后对探测设备进行触发操作，实现对探测子系统的管理。

优选地，相关性能指标包括：

(1)、下位机200采样频率最大支持50K赫兹，支持12位精度微处理器读取信号的延时不超过50微秒，误差不应超过0.5％；

(2)、上位机300支持在屏幕中实时显示波形，延迟不超过1秒；

(3)、上位机300支持实时读取并显示幅值，支持显示峰谷值，能够对信号周期进行计数；

(4)、上位机300能够根据设定的采样频率和采样周期(或者时间)将波形图的数据记录并存储下来。

c、同步触发功能

对工业相机500、高速相机400、热成像仪600、声发射仪以及其他支持外触发的探测设备进行同步校核，确保探测设备在接收到控制指令之后能够实时响应、同步触发，进行信号的采集和传输。

优选地，相关性能指标包括：

(1)、下位机200支持输出8路电压信号；

(2)、同步电压信号之间的时间差在50微秒；

(3)、工业相机500从接收到数字信号开始，到曝光成像结束，时间计算误差应控制在1毫秒；

(4)、两个工业相机500之间的时间误差测量应控制在50微秒；

(5)、高速相机400的响应时间应控制在50微秒；

(6)、热成像仪600的响应时间应控制在50毫秒；

(7)、声发射仪的响应时间应控制在50毫秒；

(8)、下位机200输出的数字电压信号可调，幅值为3.3或者5伏特；

(9)、下位机200输出的数字信号触发的频率可调，最多支持100赫兹；

(10)、下位机200能够对输出的每一路数字信号进行计数；

(11)、支持以输出数字信号数量或时间控制为依据的结束判定标准。

d、函数编程功能

下位机200对疲劳试验机100的模拟电压信号进行读取，并进行计数。信号采集的时间可以通过一个关于时间的函数进行控制，然后由下位机200触发各个探测设备进行工作。

优选地，相关性能指标包括：

(1)、电压阈值判断，支持预设电压阈值。下位机200在读取到电压信号时，能够实时进行判断分析，当电压幅值大于电压阈值时，输出数字信号对工业相机500、高速相机400、热成像仪600、声发射仪或其他支持触发的探测设备进行控制，相对误差不应超过1％；

(2)、支持等间隔采样、等对数间隔采样，可对间隔时间和间隔周期进行预设，误差不应超过1％；

(3)、支持对采样模式的混合编程，例如0-10000个周期内进行等间隔采样(间隔1000个周期)10001-100000个周期进行等间隔采样(间隔10000个周期)，100001-1000000个周期进行等对数间隔采样(梯度为10)，1000001-5000000个周期进行等对数间隔采样(梯度为20)，最后直至试验结束，采用等间隔采样(间隔100)。

e、图像识别功能

上位机300根据工业相机500反馈的图片，对试件表面进行裂纹识别。若出现裂纹，则下位机200生成脉冲信号，对探测设备进行触发操作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种同步信息采集处理系统，其特征在于，包括：疲劳试验机、下位机、上位机和探测子系统；

所述探测子系统包括多种探测设备，用于采集设于所述疲劳试验机上进行疲劳试验的试件的试验数据，并反馈至所述上位机；多种探测设备至少包括高速相机、热成像仪和至少一个工业相机，高速相机、工业相机用于拍摄试件表面图像信息，热成像仪用于获取试件表面温度信息；

所述下位机与所述疲劳试验机、所述探测子系统电连接，用于接收下位机控制指令、所述疲劳试验机输出电压数据，生成相应的探测设备控制指令，并发送至对应的探测设备，以控制各探测设备同步采集或单独采集试件的试验数据；

所述上位机与所述下位机、所述探测子系统电连接，用于接收外部输入的用户指令、所述下位机反馈的数据以及所述探测子系统采集的试件的试验数据，生成相应的下位机控制指令，并向所述下位机发送。

2.根据权利要求1所述的同步信息采集处理系统，其特征在于：所述探测子系统包括至少两个所述工业相机，至少两个所述工业相机分设于不同位置，用于从不同角度采集试件的表面图像；所述上位机用于接收至少两个所述工业相机的采集数据，进行综合处理后得到试件表面三维图像和应力应变云图。

3.根据权利要求1所述的同步信息采集处理系统，其特征在于：所述探测子系统中还包括声发射仪，所述声发射仪用于采集试件的内部声音信息。

4.一种同步信息采集处理方法，其特征在于：采用如权利要求1-3任一项所述的同步信息采集处理系统，具体包括如下步骤：

预设置步骤、通过上位机设置下位机的工作参数，设置完成后，开启疲劳试验机进行疲劳试验；

信号读取步骤、下位机实时接收疲劳试验机输出的载荷电压信号，并将电压信号由模拟信号转化为数字信号；下位机对电压信号进行分析和运算，并向上位机反馈；上位机接收电压信号，进行分析和运算，得出电压与时间相关的函数并以图像形式显示；

探测采集步骤、下位机根据上位机向其发送的下位机控制指令，结合预设置步骤中设置的工作参数以及信号读取步骤得到的电压信号，针对各探测设备生成相应的采样指令，并发送至对应的探测设备，触发探测设备工作；各探测设备根据接收到的采样指令同步采集或单独采集试件的试验数据，并将试验数据向上位机反馈；上位机接收各探测设备返回的试验数据，生成相应的下位机控制指令并发送；

数据汇总步骤、上位机综合下位机反馈的电压信号，输出时间对应的电压信号与各项试验数据。

5.根据权利要求4所述的同步信息采集处理方法，其特征在于：

所述预设置步骤中，通过上位机设置下位机的工作参数时，设置的工作参数包括疲劳试验机频率、完整采样周期采样点数、峰值、谷值、采样间隔周期。

6.根据权利要求4所述的同步信息采集处理方法，其特征在于：

所述探测采集步骤中，下位机根据预设置步骤中设置的工作参数，以及各探测设备自身的采样频率，确定针对该探测设备的采样时间点。

7.根据权利要求4所述的同步信息采集处理方法，其特征在于：

所述探测采集步骤中，下位机结合预设置步骤中设置的工作参数以及信号读取步骤得到的电压信号，针对各探测设备生成相应的采样指令时，若下位机判断电压信号超出电压阈值范围，则同步触发各探测设备进行试验数据采集。

8.根据权利要求4所述的同步信息采集处理方法，其特征在于：

所述探测采集步骤中，上位机接收各探测设备返回的试验数据，生成相应的下位机控制指令时，若上位机判断有任意一项试验数据超出预设的阈值范围，则上位机生成相应的下位机控制指令，通过下位机同步触发各探测设备进行试验数据采集。

9.根据权利要求4所述的同步信息采集处理方法，其特征在于：所述探测采集步骤中，探测子系统中的热成像仪根据接收到的采样指令采集试件的表面温度数据，并将温度数据向上位机反馈；

所述数据汇总步骤中，上位机接收热成像仪采集的温度数据，并将温度数据根据温度值大小进行划分，转换为对应的彩色图像输出。

10.根据权利要求9所述的同步信息采集处理方法，其特征在于：所述数据汇总步骤还包括，上位机根据外部输入的用户指令确定选区，提取选区内的温度对应的彩色图像。