信息技術(shù)在振動(dòng)測(cè)試中的應(yīng)用

陳琳榮，文大化

(1.吉林省地震局，長春 130022；2.中國科學(xué)院 長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，長春 130033)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)在測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越受到人們的重視[1]。在振動(dòng)測(cè)試中，單一的和集中的測(cè)試方式已經(jīng)越來越滿足不了復(fù)雜、遠(yuǎn)程和大振動(dòng)監(jiān)測(cè)任務(wù)的需要，尤其在測(cè)試環(huán)境不適合測(cè)試人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的情況下，這就需要測(cè)試設(shè)備不但能能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，而且能夠?qū)⑺鶞y(cè)試得的數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的數(shù)據(jù)中心，以供分析參考。

對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作控制[2]，測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸，主要采用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部無線通信網(wǎng)絡(luò)和有線局域網(wǎng)絡(luò)三種通信方式。如果對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的保密性較高時(shí)，我們通常采用后兩種方式，即內(nèi)部無線通信網(wǎng)絡(luò)和有線局域網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于測(cè)試點(diǎn)位分布分散，數(shù)據(jù)的保密性不做要求，以及位置不固定的情況時(shí)，可采用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于測(cè)試點(diǎn)位集中，以及位置相對(duì)固定的情況，可采用有線局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

遠(yuǎn)程客戶機(jī)通過IE瀏覽器或火狐瀏覽器進(jìn)行瀏覽和查詢。

本文提出了一種基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方案，主要由振動(dòng)測(cè)試設(shè)備、信號(hào)發(fā)射設(shè)備、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器和客戶終端組成，系統(tǒng)組成的各硬件部分都有成熟產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)簡潔、性價(jià)比高等特點(diǎn)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

在整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中，若干個(gè)振動(dòng)測(cè)試設(shè)備分布在試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)的各個(gè)不同位置，測(cè)試設(shè)備將所測(cè)試得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后進(jìn)行解析打包，通過信號(hào)發(fā)射設(shè)備進(jìn)入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)送往中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，再通過局域網(wǎng)或Web服務(wù)器進(jìn)行發(fā)布。

2 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

將加速度傳感器器、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊等六個(gè)部分組成[3]，其中數(shù)據(jù)傳輸模塊即為前文提到的信號(hào)發(fā)射設(shè)備。振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

圖2 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)原理框圖Fig.2 Vibration testsystem block diagram

其中，前五個(gè)部分為傳統(tǒng)的加速度測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)組成，數(shù)據(jù)傳輸模塊是這個(gè)關(guān)鍵，由于我們采用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，我們需要在數(shù)據(jù)處理設(shè)置上加裝無線發(fā)射裝置，即GPRS通信模式，進(jìn)而進(jìn)入國際互聯(lián)網(wǎng)，并通過監(jiān)聽IP數(shù)據(jù)，存入中心數(shù)據(jù)庫。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不同計(jì)算機(jī)之間的相互通信，首先要解決的一個(gè)重要問題就是網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。簡單地說，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議就是不同國家的人在一起交流所使用的語言，如果大家語言不通就無法實(shí)現(xiàn)相互交流。因此，本文研究中的不同終端之間的通信都是在TCPI/IP協(xié)議下實(shí)現(xiàn)的。

在通信模塊設(shè)計(jì)過程中，無論采用是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)還是采用有線局域網(wǎng)絡(luò)，也都是建立在TCPI/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的基礎(chǔ)上。在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通信的兩個(gè)進(jìn)程間相互作用的主要模式是客戶/服務(wù)器模式(即Client/Server Model)，客戶/服務(wù)器模式在操作過程中采取的是主動(dòng)請(qǐng)求方式，即客戶向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后，提供相應(yīng)的服務(wù)。

首先服務(wù)器方要先啟動(dòng)，并根據(jù)請(qǐng)求提供相應(yīng)服務(wù)。

(1)打開一通信通道并告知本地主機(jī)，它愿意接收客戶請(qǐng)求。

(2)等待客戶請(qǐng)求到達(dá)該端口。

(3)接收到重復(fù)服務(wù)請(qǐng)求，處理該請(qǐng)求并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。接收到并發(fā)服務(wù)請(qǐng)求，要激活一新進(jìn)程來處理這個(gè)客戶請(qǐng)求(如Unix系統(tǒng)中用fork、exec)。新進(jìn)程處理此客戶請(qǐng)求，并不需要對(duì)其他請(qǐng)求做出應(yīng)答。服務(wù)完成后，關(guān)閉并終止此新進(jìn)程與客戶的通信鏈路。

(4)返回到第2步，等待另一客戶請(qǐng)求。

(5)關(guān)閉服務(wù)器。

客戶方：

(1)打開一通信通道，并連接到服務(wù)器所在主機(jī)的特定端口。

(2)向服務(wù)器發(fā)服務(wù)請(qǐng)求報(bào)文，等待并接收應(yīng)答；繼續(xù)提出請(qǐng)求。

(3)請(qǐng)求結(jié)束后關(guān)閉并終止通信通道。

2.3 測(cè)試軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試軟件部分在完成傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能后，要將所測(cè)試信號(hào)按預(yù)先設(shè)計(jì)好的協(xié)議進(jìn)行打包，送往服務(wù)器。在測(cè)試軟件編寫過程中，數(shù)據(jù)的打包傳送需用套接字(Socket)方式進(jìn)行傳送，由于套接字是兩臺(tái)機(jī)器通信的終結(jié)點(diǎn)，在它們的后面即為使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信的程序。套接字與其他的IO設(shè)備很相似，對(duì)它的操作也包括打開、讀取/寫入以及在操作完成時(shí)的關(guān)閉等。

測(cè)試端的測(cè)試軟件采用Delphi語言[4]進(jìn)行編寫，程序的編寫和套接字[5]的應(yīng)用在這里不作詳細(xì)的說明，可以參考有關(guān)文檔。

3 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

服務(wù)器端的設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選擇與安裝和Web服務(wù)器的選擇與安裝。

使用的服務(wù)器操作系統(tǒng)平臺(tái)通常采用比較成熟的Windows2000或Windows2003。因此，服務(wù)器端的相應(yīng)程序采用事件觸發(fā)監(jiān)聽端口的方式，即套接字每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，經(jīng)識(shí)別、解析后存入數(shù)據(jù)中。

為了能夠使所有的終端能夠通過瀏覽器時(shí)實(shí)觀測(cè)到各測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，還需要在服務(wù)器端編寫瀏覽程序。

3.1 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的選擇

本文中采用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為開源的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)器MySQL[6]。由于MySQL是開源的，可以從公司網(wǎng)站上免費(fèi)獲得，只有在進(jìn)行商業(yè)活動(dòng)時(shí)才需要支付一定的費(fèi)用。同時(shí)，MySQL兼容性好，應(yīng)用十分廣泛，操作簡單，資源利用率高，共享性好，特別適合中小企業(yè)和科研院所。

圖3為MySQL的可化工具Navicat 8.0的應(yīng)用視圖。

圖3 圖3 MySQL的可視化工具NavicatFig.3 Visualization tools Navicat of My SQL

3.2 Web服務(wù)器的選擇

本測(cè)試系統(tǒng)中的客戶端通過登錄測(cè)試網(wǎng)站，在線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度測(cè)試、數(shù)據(jù)的訪問與共享。因此，首先需要架設(shè)Web服務(wù)器，Web服務(wù)器仍然采用開源，面向中小企業(yè)的GlassFish服務(wù)器。使用Glass-Fish服務(wù)器的主要包括啟動(dòng)和驗(yàn)證服務(wù)器、封裝和部署應(yīng)用程序兩個(gè)基本步驟。

首先，啟動(dòng)和驗(yàn)證服務(wù)器包括：啟動(dòng) GlassFish服務(wù)器、確認(rèn)服務(wù)器正在運(yùn)行、使用 Autodeploy部署Web應(yīng)用程序、登錄 Admin Console。

GlassFish服務(wù)器啟動(dòng)后的日常管理界面，在這里可以部署和取消部署應(yīng)用程序、啟用和禁用應(yīng)用程序、確認(rèn)當(dāng)前正在運(yùn)行的應(yīng)用程序以及配置 Java Database Connectivity(JDBC)資源和其他服務(wù)器設(shè)置。

其次，我們?cè)谌粘９芾斫缑嬷袑⑹孪确庋b好的Web應(yīng)用程序進(jìn)行部署發(fā)布，一切工作就緒后，我們就可以在各個(gè)終端觀察測(cè)試結(jié)果。

3.3 胖客戶端Web應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

“胖客戶端”[7](Rich Client)是相對(duì)于“瘦客戶端”[7](Thin Client)(基于Web的應(yīng)用程序)而言的，它是在客戶機(jī)器上安裝配置的一個(gè)功能豐富的交互式的用戶界面。比如我們?cè)趥€(gè)人計(jì)算機(jī)中應(yīng)用VC++或Delphi所開發(fā)的應(yīng)用程序，我們可以稱為胖客戶端應(yīng)用程序。

在這里，我們首先介紹一下“瘦客戶端”應(yīng)用程序，在處理Web應(yīng)用程序過程中，客戶端可以應(yīng)用所有瀏覽器，如Microsoft Internet Explorer或者Firefox等，而且請(qǐng)求很少的資源，因?yàn)榇蟛糠痔幚砑夹g(shù)都是在服務(wù)器中完成的。在這種瘦客戶端結(jié)構(gòu)中，用戶只需要開啟瀏覽器并輸入要訪問站點(diǎn)URL，Web站點(diǎn)所在服務(wù)器負(fù)責(zé)維護(hù)Web應(yīng)用程序請(qǐng)求的所有資源。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種Web應(yīng)用程序框架技術(shù)的推出，以及AJAX技術(shù)的廣泛應(yīng)用，我們完全可以開發(fā)出功能強(qiáng)大，具有良好人機(jī)交互功能，如同“胖客戶端應(yīng)用程序”的“胖客戶端Web應(yīng)用程序”。

本文在這里采用目前十分流行的，基于動(dòng)態(tài)編程語言[8]的Rails on Ruby框架技術(shù)，并嵌入JavaS-cript語言開發(fā)包ExtJs和JQuery，開發(fā)工具(即集成開發(fā)環(huán)境)采用開源的NetBeans IDE 6.8。

4 遠(yuǎn)程在線測(cè)試功能的實(shí)現(xiàn)

在總體方案的設(shè)計(jì)、振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)和服務(wù)器端設(shè)計(jì)完成后，我們就可以進(jìn)行一個(gè)測(cè)試網(wǎng)站的編程、建立和試運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度在線測(cè)試功能。

4.1 測(cè)試主頁及登錄

在客戶終端下打開瀏覽器(IE或Firefox，由于Firefox具有強(qiáng)的調(diào)試功能，本文在這采用Firefox)，在地址欄中輸入http：//localhost：3000，即可進(jìn)行測(cè)試主頁，頁面如圖4所示：

圖4 主頁頁面Fig.4 Home page

用戶輸入用戶名的密碼后，經(jīng)系統(tǒng)確認(rèn)即可進(jìn)入用戶想進(jìn)入的功能頁面，如果用戶還沒有進(jìn)行注冊(cè)，需要向管理員進(jìn)行申請(qǐng)，申請(qǐng)注冊(cè)成功后方可進(jìn)入功能界面。

4.2 數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)查詢的查詢與統(tǒng)計(jì)在樹形結(jié)構(gòu)的“監(jiān)測(cè)信息”節(jié)點(diǎn)下，包含“實(shí)時(shí)加速度”、“歷史數(shù)據(jù)”和“統(tǒng)計(jì)信息”。

“實(shí)時(shí)加速度”節(jié)點(diǎn)，可以在線觀察遠(yuǎn)程各個(gè)測(cè)試點(diǎn)位的加速度值。在數(shù)據(jù)表中，可以進(jìn)行分頁及對(duì)各列數(shù)據(jù)進(jìn)行正、倒序排列，也可以隱藏某個(gè)不關(guān)心的列信息。

“歷史數(shù)據(jù)”節(jié)點(diǎn)，觀察以往各時(shí)刻的加速度信息。在數(shù)據(jù)表中，還可以根據(jù)用戶的要求，輸入各種條件以便查詢。

“統(tǒng)計(jì)信息”節(jié)點(diǎn)，可以以數(shù)據(jù)表格和圖表的形式觀察不同日期的是日平均加速度值。

4.3 系統(tǒng)管理

如果用戶以管理員的身份登錄，則在“系統(tǒng)管理”的節(jié)點(diǎn)下看到“終端登記”、“常規(guī)設(shè)置”和“用戶管理”三個(gè)子節(jié)點(diǎn)，可以對(duì)測(cè)試終端進(jìn)行添加刪除，對(duì)報(bào)警加速度值上下限和網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行更改，以及用戶的注冊(cè)登記。

5 結(jié)論

遠(yuǎn)程在線測(cè)試技術(shù)是一項(xiàng)新的技術(shù)的實(shí)踐，是將信息技術(shù)和振動(dòng)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，針對(duì)振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)位較多，遠(yuǎn)程和大范圍測(cè)試任務(wù)的需要，以及測(cè)試環(huán)境不適合測(cè)試人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的情況，提出了通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程在線測(cè)試的一種新的方法和手段。由于組成系統(tǒng)的各硬件部分都有成熟產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面都有成熟的技術(shù)，大數(shù)據(jù)量的遴選處理得當(dāng)，該方法完全可以拓展到動(dòng)態(tài)測(cè)試的各個(gè)領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

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