【摘 要】
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国家重大科技基础设施“空间环境地面模拟装置”是推进太空探索的重要措施,其中的微观分系统承担着揭示材料和器件性能退化与失效的微观机理等任务,主要由封闭型实验设备、开放型实验设备与底层实验设备组成,而底层实验设备主要包括氦气监测子系统中的氦气检测设备与超高真空互联及样品转移平台的实验设备。为了实现微观分系统的智能化与信息化,确保其正常有效运行,本文以微观分系统中的实验设备为研究对象,以工业通信网络为技
【基金项目】
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国家重大科技基础设施“空间环境地面模拟装置”项目
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国家重大科技基础设施“空间环境地面模拟装置”是推进太空探索的重要措施,其中的微观分系统承担着揭示材料和器件性能退化与失效的微观机理等任务,主要由封闭型实验设备、开放型实验设备与底层实验设备组成,而底层实验设备主要包括氦气监测子系统中的氦气检测设备与超高真空互联及样品转移平台的实验设备。为了实现微观分系统的智能化与信息化,确保其正常有效运行,本文以微观分系统中的实验设备为研究对象,以工业通信网络为技术支撑,研究适用于微观分系统的实验设备数据采集与状态监测方法。首先,本文通过分析微观分系统的结构、通信网络和数据的特点,明确了进行数据采集与状态监测的需求,提出了面向微观分系统的分层监测策略;分析了层级间进行信息交互的方法,并针对分层监测策略中涉及到的相关技术进行了原理性分析。其次,针对利用私有协议计算机实验软件完成实验过程的封闭型实验设备,以实验软件为研究对象,提出了一种基于图像识别技术的实验设备数据采集与状态监测方法。通过对实验软件界面的自动捕捉与动态事件监听,实现了数据采集与状态监测的功能,并利用Python语言进行编程实现,验证了该方法具备较高的可靠性与准确性。然后,针对具备数据互操作接口的开放型实验设备,分析了数据采集系统的硬件组成,并提出了利用数据库访问接口、文件访问接口和远程访问控制接口进行数据采集的方法。针对氦气监测子系统的氦气检测设备,分析了利用氦气监测子系统进行数据采集的硬件组成并进行了软件程序设计。针对超高真空互联及样品转移平台的实验设备,提出了利用TANGO控制系统实现实验设备数据采集的方法,并根据具体样例进行了测试分析。最后,为了实现对实验设备的运行状态监测功能,以K-means聚类分析算法和反向传播（Back Propagation,BP）神经网络模型为基础,提出了一种基于用电负荷特性分析（Analysis of Power Load Characteristics,APLC）技术的设备状态监测策略;分析了利用该策略进行设备状态监测的具体实现方法;并利用EMBED数据集中的两种设备验证了所提策略的可行性。
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