CN110307917A - 一种用于热环境的分布式测量系统和测量方法 - Google Patents

一种用于热环境的分布式测量系统和测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于热环境的分布式测量系统和测量方法，解决现有传感器布设技术适应性差的技术问题。包括环境传感器，用于采集确定类型的热环境信号；温度测量单元，用于接收所述热环境信号封装为温度数据并上行传送；数据采集主机，用于接收所述温度数据并汇聚后上行传送，同时监控所述温度测量单元同步状态；上位机，用于根据内置数据处理模型实时判读温度数据；校时电路，用于受控向所述温度测量单元提供同步时标信号。有利于实现测量的小型化和模块化，可以适应各功能舱室根据业务需要形成的灵活组合。有利于形成分布式多点温度测量条件和设备仪器优选。通过对传感器合理布设可以获得针对舱室的独特采集环境，对舱室容纳设备针对性强。进一步形成统一化时标控制，保证了多部位和多通道测量的同步性，进一步保证了系统连接和信号采集的可靠性和适配性。

Description

一种用于热环境的分布式测量系统和测量方法
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，具体涉及一种用于热环境的分布式测量系统和测量方法。
背景技术
对于特种车辆的综合性能具有更高要求，越来越多的精密设备被安装到特种车辆平台上，车辆设备舱与外界环境相对隔离形成局部环境，舱室内部热环境随车辆任务状态的不同而变化。对不同舱室内部进行长期热环境监测，掌握车辆平台在各种任务剖面下设备舱的故障诱发内环境，能够为车载设备的环境适应性设计提供必要依据。
目前，在工业、农业、交通等领域对现场环境温度监测的安装和通信都过于复杂，不适于在多舱室特种车辆领域应用。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供一种用于热环境的分布式测量系统和测量方法，解决现有传感器布设技术适应性差的技术问题。
本发明实施例的用于热环境的分布式测量系统，包括：
环境传感器，用于采集确定类型的热环境信号；
温度测量单元，用于接收所述热环境信号封装为温度数据并上行传送；
数据采集主机，用于接收所述温度数据并汇聚后上行传送，同时监控所述温度测量单元同步状态。
上位机，用于根据内置数据处理模型实时判读温度数据；
校时电路，用于受控向所述温度测量单元提供同步时标信号；
在各舱室分别设置所述温度测量单元，每个所述温度测量单元与本舱室内所述环境传感器形成通信链路，各所述温度测量单元与所述数据采集主机形成通信链路，所述数据采集主机与所述上位机形成通信链路，所述数据采集主机设置在驾驶室中。
本发明一实施例中，所述环境传感器包括：
红外线传感器，用于采集所述舱室内的局部红外线信号；
紫外线传感器，用于采集所述舱室内的局部紫外线信号；
温度传感器，用于采集所述舱室内的局部温度信号。
本发明一实施例中，所述温度传感器布设在所述舱室内的侧壁上，所述紫外线传感器布设在所述舱室内的顶壁上，所述红外线传感器布设在所述舱室内的设备机柜局部。
本发明一实施例中，所述校时电路包括计时器和校时开关形成的回路，所述回路与各所述测量单元的计时信号输入端连接，所述校时开关受控于所述数据采集主机的一路输出控制信号，根据控制信号导通回路向各所述测量单元输出所述计时器信号。
本发明一实施例中，所述温度测量单元与所述数据采集主机间的通信链路通过有线CAN总线或有线局域网构成，所述环境传感器与所述温度测量单元间的通信链路通过ZigBee网络或WIFi网络、铜线或光纤构成。
本发明一实施例中，所述数据采集主机预留扩展端口，与其他参数测量单元保持数据通信链路的兼容性。
本发明一实施例中，利用上述的用于热环境的分布式测量系统形成的测量方法，包括：
所述温度测量单元上电，各环境传感器进入工作状态；
所述数据采集主机及所述上位机上电，所述上位机形成数据判读软件环境，进行工作状态；
所述上位机设置采集参数，确定采样间隔和采样时段；
所述上位机通过所述数据采集主机控制所述校时电路向各所述温度测量单元发送同步时标信号，开始数据采集和数据判别。
本发明一实施例中，还包括：
当发现数据采集异常，逐级断电中止数据采集，进行故障排查；
当故障属于软件故障时，重新形成所述数据判读软件环境进入工作状态；
当故障属于硬件故障时，相应部件更换后重新加电进行工作状态。
本发明一实施例中，所述数据判别包括：
在确定采样时长内判断舱室温度变化趋势；
当舱室整体温度呈趋势变化时，确定最先复合趋势变化的温度传感器设置所在的局部位置；
在确定趋势变化后判断紫外特征信号；
确定最先复合趋势变化的紫外传感器设置所覆盖的局部范围；
在确定趋势变化后判断红外特征信号；
确定局部位置和局部范围的交集内红外传感器设置所覆盖的设备部件；
本发明一实施例中，所述数据判别还包括：
根据所述局部位置、所述局部范围和所述设备部件根据形成热环境的热量分布图谱，显示总体和局部的热量变化趋势。
本发明实施例的用于热环境的分布式测量系统和测量方法有利于实现测量的小型化和模块化，可以适应各功能舱室根据业务需要形成的灵活组合。有利于形成分布式多点温度测量条件和设备仪器优选。通过对传感器合理布设可以获得针对舱室的独特采集环境，对舱室容纳设备针对性强。进一步形成统一化时标控制，保证了多部位和多通道测量的同步性，进一步保证了系统连接和信号采集的可靠性和适配性。有利于为其他扩展测量单元提供兼容的数据通信链路。
附图说明
图1所示为本发明一实施例用于热环境的分布式测量系统的架构示意图。
图2所示为本发明一实施例用于热环境的分布式测量系统中校时电路的结构示意图。
图3所示为本发明一实施例用于热环境的分布式测量系统中传感器的布设结构示意图。
图4所示为本发明一实施例用于热环境的分布式测量系统进行数据判读的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动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。
如图1所示，本发明一实施例用于热环境的分布式测量系统如图1所示。在图1中，本实施例包括：
环境传感器01，用于采集确定类型的热环境信号；
温度测量单元02，用于接收热环境信号封装为温度数据并上行传送；
数据采集主机03，用于接收温度数据并汇聚后上行传送，同时监控温度测量单元同步状态。
上位机04，用于根据内置数据处理模型实时判读温度数据；
校时电路05，用于受控向温度测量单元02提供同步时标信号。
在各舱室分别设置温度测量单元02，每个温度测量单元02与本舱室内环境传感器01形成通信链路，各温度测量单元02与数据采集主机03形成通信链路，数据采集主机03与上位机04形成通信链路，数据采集主机03设置在驾驶室中。
本发明实施例的用于热环境的分布式测量系统有利于实现测量的小型化和模块化，可以适应各功能舱室根据业务需要形成的灵活组合。有利于形成分布式多点温度测量条件和设备仪器优选。通过对传感器合理布设可以获得针对舱室的独特采集环境，对舱室容纳设备针对性强。进一步形成统一化时标控制，保证了多部位和多通道测量的同步性，进一步保证了系统连接和信号采集的可靠性和适配性。有利于为其他扩展测量单元提供兼容的数据通信链路。
在本发明一实施例中，可以设置关键位置环境传感器，用于监测关键位置热像状态。环境传感器可以布置于舱室内部，贴于舱内壁面、置于舱内空间或固定于设备温度较敏感的部位，如发热器件附近或散热器出风口附近。环境传感器及其线缆(也可是一体化传感器)通过可靠的方式安放在所测量的位置，不因振动、冲击等力学环境影响其测量的有效性，例如采用贴覆方式固定，保证贴覆部位具有良好的导热特性，不影响温度测量的准确性。
环境传感器01线缆(或一体化传感器)与温度测量单元02输入端口电连接，温度测量单元02一般放置并可靠固定于所测舱室内部，采用模块化、小型化、低功耗产品，测量通道可通过模块即插即用的方式与传感器数量就近匹配，降低其工作热量对舱内环境的影响。
温度测量单元02的信号线及电源线通过舱室的过线孔引至舱外，连接至附近的直流电源，或通过数据采集主机03为各测量单元统一供电，数据采集主机03一般布置在无需进行监测的舱室内。例如被测对象为车辆的各个舱室，则可将数据采集主机放置于驾驶室内；如将数据采集主机放置于舱外露天环境则设置必要的遮蔽措施。
本发明一实施例用于热环境的分布式测量系统中校时电路如图2所示。在图2中，本实施例校时电路05包括计时器和校时开关(例如常开型电磁继电器)形成的回路，回路与系统内各测量单元的计时信号输入端连接。校时开关受控于数据采集主机03的一路输出控制信号，根据控制信号导通回路向各测量单元输出计时器信号，通过数据采集主机03进行控制对各个测量单元的采集时标进行统一。
在本发明一实施例中温度测量单元02与数据采集主机03间的通信链路通过有线CAN总线或有线局域网构成，环境传感器01与温度测量单元02间的通信链路通过ZigBee网络或WIFi、铜线或光纤网络构成。
针对温度测量之外的其他参数测量单元需求，如湿度、风速、辐照度等，数据采集主机预留扩展传感器和扩展测量单元的端口，可保证数据通信链路的兼容性。
上位机可以采用DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理器、FPGA(Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列、MCU(Microcontroller Unit)系统板、SoC(system on a chip)系统板或包括I/O的PLC(Programmable Logic Controller)最小系统。
本发明一实施例用于热环境的分布式测量系统中传感器的布设结构如图3所示。在图3中，本实施例的环境传感器01包括；
红外线传感器11，用于采集舱室内的局部红外线信号；
紫外线传感器12，用于采集舱室内的局部紫外线信号；
温度传感器13，用于采集舱室内的局部温度信号。
温度传感器13布设在舱室内的侧壁上，紫外线传感器12布设在舱室内的顶壁上，红外线传感器11布设在舱室内的设备机柜局部。设备机柜局部可以选择与发热功率较高设备最接近的设备机柜外侧壁局部，或是设备机柜内与发热功率较高设备最接近的设备机柜内侧壁局部。
本发明实施例的用于热环境的分布式测量系统在舱室内形成传感器布设基准原则，利用不同的热环境信号针对整体热扩散空间、空间热蔓延趋势和局部热量变化速率进行传感器针对性布设，利用温度信号变化获取舱室环境内整体热量变化趋势，利用红外线的灵敏度获得设备机柜内热辐射剧烈变化的准确位置和变化趋势，利用紫外线的灵敏度形成一路高灵敏度的参考信号作为带通过滤参数，用于排除其他传感器形成的干扰信号和持续的冗余信号。使得热环境内整体和局部、发热位置和扩散空间的热环境变化都能够具有可靠的判读基础。
利用热环境的分布式测量系统进行数据判读的过程如图4所示。在图4中，利用上述实施例的分布式测量系统进行数据判读包括：
步骤100：温度测量单元02上电，各环境传感器进入工作状态；
步骤110：数据采集主机03及上位机04上电，上位机04形成数据判读软件环境，进行工作状态；
步骤120：上位机04设置采集参数，确定采样间隔和采样时段；
步骤130：上位机04通过数据采集主机03控制校时电路05向各温度测量单元02发送同步时标信号，开始数据采集和数据判别。
如图4所示，在本发明一实施例中，数据判别包括：
步骤131：在确定采样时长内判断舱室温度变化趋势；
步骤132：当舱室整体温度呈趋势变化时，确定最先复合趋势变化的温度传感器设置所在的局部位置；
步骤133：在确定趋势变化后判断紫外特征信号；
步骤134：确定最先复合趋势变化的紫外传感器设置所覆盖的局部范围；
步骤135：在确定趋势变化后判断红外特征信号；
步骤136：确定局部位置和局部范围的交集内红外传感器设置所覆盖的设备部件；
步骤137：根据局部位置、局部范围和设备部件形成热环境的热量分布图谱，显示总体和局部的热量变化趋势。
利用不同传感器的不同类型特征信号，形成同一空间内不同的特征信号覆盖区域和角度，利用覆盖区域和角度中热信号的变化交叉验证热环境的变化趋势和变化起因，使得可以如实反映舱室运行过程中热环境的精确变化过程，为设备优化和高热告警提供数据依据。
如图4所示，在本发明一实施例中，还包括：
步骤140：当发现数据采集异常，逐级断电中止数据采集，进行故障排查；
步骤150：当故障属于软件故障时，重新形成数据判读软件环境进入工作状态；
步骤160：当故障属于硬件故障时，相应部件更换后重新加电进行工作状态。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于热环境的分布式测量系统，其特征在于，包括：
环境传感器，用于采集确定类型的热环境信号；
温度测量单元，用于接收所述热环境信号封装为温度数据并上行传送；
数据采集主机，用于接收所述温度数据并汇聚后上行传送，同时监控所述温度测量单元同步状态；
上位机，用于根据内置数据处理模型实时判读温度数据；
校时电路，用于受控向所述温度测量单元提供同步时标信号；
在各舱室分别设置所述温度测量单元，每个所述温度测量单元与本舱室内所述环境传感器形成通信链路，各所述温度测量单元与所述数据采集主机形成通信链路，所述数据采集主机与所述上位机形成通信链路，所述数据采集主机设置在驾驶室中。
2.如权利要求1所述的用于热环境的分布式测量系统，其特征在于，所述环境传感器包括：
红外线传感器，用于采集所述舱室内的局部红外线信号；
紫外线传感器，用于采集所述舱室内的局部紫外线信号；
温度传感器，用于采集所述舱室内的局部温度信号。
3.如权利要求1所述的用于热环境的分布式测量系统，其特征在于，所述温度传感器布设在所述舱室内的侧壁上，所述紫外线传感器布设在所述舱室内的顶壁上，所述红外线传感器布设在所述舱室内的设备机柜局部。
4.如权利要求1所述的用于热环境的分布式测量系统，其特征在于，所述校时电路包括计时器和校时开关形成的回路，所述回路与各所述测量单元的计时信号输入端连接，所述校时开关受控于所述数据采集主机的一路输出控制信号，根据控制信号导通回路向各所述测量单元输出所述计时器信号。
5.如权利要求1所述的用于热环境的分布式测量系统，其特征在于，所述温度测量单元与所述数据采集主机间的通信链路通过有线CAN总线或有线局域网构成，所述环境传感器与所述温度测量单元间的通信链路通过ZigBee网络、WIFi网络、铜线或光纤构成。
6.如权利要求1所述的用于热环境的分布式测量系统，其特征在于，所述数据采集主机预留扩展端口，与其他参数测量单元保持数据通信链路的兼容性。
7.利用如权利要求1至6任一所述的用于热环境的分布式测量系统形成的测量方法，其特征在于，包括：
所述温度测量单元上电，各环境传感器进入工作状态；
所述数据采集主机及所述上位机上电，所述上位机形成数据判读软件环境，进行工作状态；
所述上位机设置采集参数，确定采样间隔和采样时段；
所述上位机通过所述数据采集主机控制所述校时电路向各所述温度测量单元发送同步时标信号，开始数据采集和数据判别。
8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，还包括：
当发现数据采集异常，逐级断电中止数据采集，进行故障排查；
当故障属于软件故障时，重新形成所述数据判读软件环境进入工作状态；
当故障属于硬件故障时，相应部件更换后重新加电进行工作状态。
9.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述数据判别包括：
在确定采样时长内判断舱室温度变化趋势；
当舱室整体温度呈趋势变化时，确定最先复合趋势变化的温度传感器设置所在的局部位置；
在确定趋势变化后判断紫外特征信号；
确定最先复合趋势变化的紫外传感器设置所覆盖的局部范围；
在确定趋势变化后判断红外特征信号；
确定局部位置和局部范围的交集内红外传感器设置所覆盖的设备部件。
10.如权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述数据判别还包括：
根据所述局部位置、所述局部范围和所述设备部件根据形成热环境的热量分布图谱，显示总体和局部的热量变化趋势。
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