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分布式光纤扰动监测系统的虚拟仪器设计

作　者: 应苑松
导　师: 邹建
学　校: 重庆大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 分布式光纤 安全监测 LabVIEW 数据采集
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


对大坝、桥梁、道路、油气管道等基础设施进行安全监测,是保证社会稳定、经济快速发展的一个基本要求。而传统的检测手段技术含量低、缺陷明显,对于破坏常常是只能事后弥补而不能有效避免。因此,通过一种新技术进行有效的实时监测,在发生实质性破坏前提前预警,以留出足够时间来制止破坏或强化防范,有着重大的社会意义。光纤传感是以光波为载体,光纤为媒介,感知和传输外界被测信号的新型传感技术,它具备灵敏度高、体小质轻、外形改变灵活、抗电磁干扰、抗腐蚀性强等特点,可以广泛应用于经济建设和社会发展的多个领域。本文借助LabVIEW软件,结合分布式光纤传感监测系统的特点,设计了一套具有信号采集、回放、分析、报警等功能的分布式光纤扰动监测系统软件。整个监测系统通过半导体激光光源、光纤延迟环、耦合器、法拉第旋转镜、光电探测器组成的赛格纳克光纤干涉光路获取扰动信号,再由调理电路转化为电压信号;通过本文作者的工作,实现了对电压信号的数据实时采集和系统级的分析处理。本文采用了12位的MP4210数据采集卡实现A/D转换,其后基于LabVIEW平台设计了系统人机交互界面和虚拟数据分析软件。完成了对数据采集卡采样模式、采样通道、采样率、量程、模拟输入方式进行控制的软件设计和相关设置;实现了对时域和频域信号的实时显示、数据的存储、将已存数据和存储时间相结合的读取再现功能;完成了数据保存参数、系统报警阈值、校时参数等的相关软件设计和优化设置;设计了声音报警、帮助、密码退出等客户辅助模块。本文设计了提取扰动信号的快速傅里叶变换、峰值报警、过阈值求和三种判定报警方法,并在本系统平台中进行了验证实验,比较了三者优劣之处。本文针对实际应用环境中可能出现的晃动、挖掘、触碰、电钻工作等扰动源进行了模拟实验,探讨了信号的时域波形、频域谱的特征,验证了各类报警判定方式对四种入侵行为判断的有效性,并对光纤延迟环长度与系统灵敏度间的关系进行了实验验证。通过本文的研究,设计了一种实用化的分布式光纤扰动监测的虚拟仪器,为安防监测系统的建设打下了基础。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题研究的背景及意义  8-9
  1.2 国内外发展现状  9-10
  1.3 本课题研究的主要内容  10-11
  1.4 论文结构安排  11
  1.5 小结  11-12
2 分布式光纤扰动监测系统简介  12-20
  2.1 系统的总体方案设计  12
  2.2 监测系统的硬件简介  12-16
    2.2.1 光路  12-13
    2.2.2 光电检测电路  13-14
    2.2.3 数据采集系统  14-16
  2.3 监测系统的软件构成  16-18
    2.3.1 系统流程图  16-17
    2.3.2 各模块功能简介  17-18
  2.4 小结  18-20
3 监测系统主界面和重要功能模块设计  20-52
  3.1 主界面设计  20-22
  3.2 参数设置模块  22-26
    3.2.1 数据采集卡工作参数的设置  24-25
    3.2.2 数据保存参数的设置  25
    3.2.3 系统报警阈值的设定  25-26
    3.2.4 校时参数的设置  26
  3.3 数据采集模块  26-31
    3.3.1 数据采集基础  26-27
    3.3.2 采集程序设计  27-30
    3.3.3 数据显示  30-31
  3.4 数据管理模块  31-40
    3.4.1 模块简介  31
    3.4.2 模块的建立  31-32
    3.4.3 程序设计和说明  32-36
    3.4.4 数据读取的前面板  36-40
  3.5 数据处理模块  40-48
    3.5.1 理论基础  40-41
    3.5.2 入侵事件的判定方法  41-47
    3.5.3 声音报警模块  47-48
  3.6 帮助信息模块  48-49
  3.7 密码退出模块  49-51
  3.8 小结  51-52
4 实验数据分析和研究  52-74
  4.1 实验平台简介  52-53
    4.1.1 实验平台的搭建  52-53
    4.1.2 实验的具体流程  53
  4.2 入侵事件的时频域研究与分析  53-70
    4.2.1 时域信号的波形变化分析  53-64
    4.2.2 频域分析  64-70
  4.3 其他延迟环长度的监测效果对比  70-72
    4.3.1 米级延迟环  70-71
    4.3.2 十米级延迟环  71
    4.3.3 百米级延迟环  71-72
    4.3.4 监测效果的对比  72
  4.4 实验总结分析  72
  4.5 本章小结  72-74
5 总结与展望  74-76
  5.1 全文总结  74-75
  5.2 未来工作的展望  75-76
致谢  76-78
参考文献  78-82
附录  82
  A. 系统软件程序总体框图  82
  B. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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