信息技术在振动测试中的应用

陈琳荣，文大化

(1.吉林省地震局，长春 130022；2.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033)

随着科学技术的迅猛发展，信息技术在测试系统中的应用越来越受到人们的重视[1]。在振动测试中，单一的和集中的测试方式已经越来越满足不了复杂、远程和大振动监测任务的需要，尤其在测试环境不适合测试人员现场测试的情况下，这就需要测试设备不但能能够进行远程操控，而且能够将所测试得的数据自动实时传输到远程的数据中心，以供分析参考。

对测试系统的远程操作控制[2]，测试数据的存储与传输，主要采用移动通信网络、内部无线通信网络和有线局域网络三种通信方式。如果对测试数据的保密性较高时，我们通常采用后两种方式，即内部无线通信网络和有线局域网络。对于测试点位分布分散，数据的保密性不做要求，以及位置不固定的情况时，可采用移动通信网络。对于测试点位集中，以及位置相对固定的情况，可采用有线局域网络进行通信。

远程客户机通过IE浏览器或火狐浏览器进行浏览和查询。

本文提出了一种基于移动通信网络进行振动测试的实现方案，主要由振动测试设备、信号发射设备、数据库服务器、Web服务器和客户终端组成，系统组成的各硬件部分都有成熟产品，具有结构简洁、性价比高等特点。

1 总体方案设计

在整个测试系统中，若干个振动测试设备分布在试验场区的各个不同位置，测试设备将所测试得的试验数据进行分析处理，然后进行解析打包，通过信号发射设备进入移动通信网络送往中心数据库服务器，再通过局域网或Web服务器进行发布。

2 振动测试系统设计

2.1 振动测试系统的硬件设计

将加速度传感器器、信号调理模块、数据采集模块、数据存储模块、数据分析处理模块和数据传输模块等六个部分组成[3]，其中数据传输模块即为前文提到的信号发射设备。振动测试系统原理框图如图2所示。

图2 振动测试系统原理框图Fig.2 Vibration testsystem block diagram

其中，前五个部分为传统的加速度测试系统的系统组成，数据传输模块是这个关键，由于我们采用移动通信网络，我们需要在数据处理设置上加装无线发射装置，即GPRS通信模式，进而进入国际互联网，并通过监听IP数据，存入中心数据库。

2.2 网络通信协议

要实现网络不同计算机之间的相互通信，首先要解决的一个重要问题就是网络通信协议。简单地说，网络通信协议就是不同国家的人在一起交流所使用的语言，如果大家语言不通就无法实现相互交流。因此，本文研究中的不同终端之间的通信都是在TCPI/IP协议下实现的。

在通信模块设计过程中，无论采用是移动通信网络还是采用有线局域网络，也都是建立在TCPI/IP网络通信协议的基础上。在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式(即Client/Server Model)，客户/服务器模式在操作过程中采取的是主动请求方式，即客户向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。

首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应服务。

(1)打开一通信通道并告知本地主机，它愿意接收客户请求。

(2)等待客户请求到达该端口。

(3)接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求，要激活一新进程来处理这个客户请求(如Unix系统中用fork、exec)。新进程处理此客户请求，并不需要对其他请求做出应答。服务完成后，关闭并终止此新进程与客户的通信链路。

(4)返回到第2步，等待另一客户请求。

(5)关闭服务器。

客户方：

(1)打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口。

(2)向服务器发服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求。

(3)请求结束后关闭并终止通信通道。

2.3 测试软件设计

测试软件部分在完成传统的数据处理功能后，要将所测试信号按预先设计好的协议进行打包，送往服务器。在测试软件编写过程中，数据的打包传送需用套接字(Socket)方式进行传送，由于套接字是两台机器通信的终结点，在它们的后面即为使用网络协议进行通信的程序。套接字与其他的IO设备很相似，对它的操作也包括打开、读取/写入以及在操作完成时的关闭等。

测试端的测试软件采用Delphi语言[4]进行编写，程序的编写和套接字[5]的应用在这里不作详细的说明，可以参考有关文档。

3 服务器端设计

服务器端的设计包括数据库服务器选择与安装和Web服务器的选择与安装。

使用的服务器操作系统平台通常采用比较成熟的Windows2000或Windows2003。因此，服务器端的相应程序采用事件触发监听端口的方式，即套接字每接收到一个数据包，经识别、解析后存入数据中。

为了能够使所有的终端能够通过浏览器时实观测到各测试点的数据信息，还需要在服务器端编写浏览程序。

3.1 数据库服务器的选择

本文中采用的数据库服务器为开源的关系型数据库服务器MySQL[6]。由于MySQL是开源的，可以从公司网站上免费获得，只有在进行商业活动时才需要支付一定的费用。同时，MySQL兼容性好，应用十分广泛，操作简单，资源利用率高，共享性好，特别适合中小企业和科研院所。

图3为MySQL的可化工具Navicat 8.0的应用视图。

图3 图3 MySQL的可视化工具NavicatFig.3 Visualization tools Navicat of My SQL

3.2 Web服务器的选择

本测试系统中的客户端通过登录测试网站，在线实现远程温度测试、数据的访问与共享。因此，首先需要架设Web服务器，Web服务器仍然采用开源，面向中小企业的GlassFish服务器。使用Glass-Fish服务器的主要包括启动和验证服务器、封装和部署应用程序两个基本步骤。

首先，启动和验证服务器包括：启动 GlassFish服务器、确认服务器正在运行、使用 Autodeploy部署Web应用程序、登录 Admin Console。

GlassFish服务器启动后的日常管理界面，在这里可以部署和取消部署应用程序、启用和禁用应用程序、确认当前正在运行的应用程序以及配置 Java Database Connectivity(JDBC)资源和其他服务器设置。

其次，我们在日常管理界面中将事先封装好的Web应用程序进行部署发布，一切工作就绪后，我们就可以在各个终端观察测试结果。

3.3 胖客户端Web应用程序设计

“胖客户端”[7](Rich Client)是相对于“瘦客户端”[7](Thin Client)(基于Web的应用程序)而言的，它是在客户机器上安装配置的一个功能丰富的交互式的用户界面。比如我们在个人计算机中应用VC++或Delphi所开发的应用程序，我们可以称为胖客户端应用程序。

在这里，我们首先介绍一下“瘦客户端”应用程序，在处理Web应用程序过程中，客户端可以应用所有浏览器，如Microsoft Internet Explorer或者Firefox等，而且请求很少的资源，因为大部分处理技术都是在服务器中完成的。在这种瘦客户端结构中，用户只需要开启浏览器并输入要访问站点URL，Web站点所在服务器负责维护Web应用程序请求的所有资源。

随着网络技术的飞速发展，各种Web应用程序框架技术的推出，以及AJAX技术的广泛应用，我们完全可以开发出功能强大，具有良好人机交互功能，如同“胖客户端应用程序”的“胖客户端Web应用程序”。

本文在这里采用目前十分流行的，基于动态编程语言[8]的Rails on Ruby框架技术，并嵌入JavaS-cript语言开发包ExtJs和JQuery，开发工具(即集成开发环境)采用开源的NetBeans IDE 6.8。

4 远程在线测试功能的实现

在总体方案的设计、振动测试系统设计和服务器端设计完成后，我们就可以进行一个测试网站的编程、建立和试运行，从而实现远程温度在线测试功能。

4.1 测试主页及登录

在客户终端下打开浏览器(IE或Firefox，由于Firefox具有强的调试功能，本文在这采用Firefox)，在地址栏中输入http：//localhost：3000，即可进行测试主页，页面如图4所示：

图4 主页页面Fig.4 Home page

用户输入用户名的密码后，经系统确认即可进入用户想进入的功能页面，如果用户还没有进行注册，需要向管理员进行申请，申请注册成功后方可进入功能界面。

4.2 数据查询与统计

数据查询的查询与统计在树形结构的“监测信息”节点下，包含“实时加速度”、“历史数据”和“统计信息”。

“实时加速度”节点，可以在线观察远程各个测试点位的加速度值。在数据表中，可以进行分页及对各列数据进行正、倒序排列，也可以隐藏某个不关心的列信息。

“历史数据”节点，观察以往各时刻的加速度信息。在数据表中，还可以根据用户的要求，输入各种条件以便查询。

“统计信息”节点，可以以数据表格和图表的形式观察不同日期的是日平均加速度值。

4.3 系统管理

如果用户以管理员的身份登录，则在“系统管理”的节点下看到“终端登记”、“常规设置”和“用户管理”三个子节点，可以对测试终端进行添加删除，对报警加速度值上下限和网络端口进行更改，以及用户的注册登记。

5 结论

远程在线测试技术是一项新的技术的实践，是将信息技术和振动测试技术进行有效的结合，针对振动测试点位较多，远程和大范围测试任务的需要，以及测试环境不适合测试人员现场测试的情况，提出了通过网络进行远程在线测试的一种新的方法和手段。由于组成系统的各硬件部分都有成熟产品，网络建设方面都有成熟的技术，大数据量的遴选处理得当，该方法完全可以拓展到动态测试的各个领域，具有良好的应用价值和推广价值。

[1]李绍稳.大学信息技术基础[M].北京：清华大学出版社，2009.1.

[2]胡文金.计算机测控应用技术[M].重庆：重庆大学出版社，2003.6.

[3]王跃科.现代动态测试技术[M].北京：国防工业出版社，2003.

[4]黄媛，杨建思.用于地震预警系统中的快速地震定位方法综述[J].国际地震动态，2006(12)：1-5.

[5]桂建达，陈新民，王玉珏，等.无线传感器网络在地质工程领域的应用[J].江苏建筑，2011，05：92-95.

[6]林家浩.随机地震响应功率谱快速算法[J].地震工程与工程振动，1990，10(4)：35-46.

[7]石耀霖，刘杰，张国民.对我国90年代年度地震预报的评估[J]. 中国科学院研究生院学报，2000，17(1)：63-69.

[8]David Flanagan.Ruby编程语言[M].北京：电子工业出版社，2009.