基于虛擬儀器的微震實時監(jiān)測系統(tǒng)

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一種圖形化的編程語言。它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，被視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)，是一個功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。本文應(yīng)用美國NI 公司LabVIEW 系統(tǒng)開發(fā)平臺并結(jié)合PCI數(shù)據(jù)采集卡（DAQ），對微震信號進(jìn)行實時采集和波形的再現(xiàn)和分析。由于LabVIEW 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、豐富的數(shù)據(jù)表達(dá)方式和高效率，有力地支持和加快了系統(tǒng)的研制速度。

　　監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能包括：

　　（1）通過PCI采集卡經(jīng)由工控機(jī)實時監(jiān)測微震信號隨時間變化的過程，并將波形在PC機(jī)上顯示。

　?。?）對采集信號進(jìn)行數(shù)字處理。本系統(tǒng)采用小波變換的分析方法，將微震信號中帶入的噪聲濾除。

　?。?）顯示和打印采集到的微震信號和分析獲得的數(shù)據(jù)、圖形，并存儲歸檔。

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計框圖如圖6所示。

　　根據(jù)上述虛擬儀器功能的需要，本系統(tǒng)程序包含以下模塊：

　　（1）數(shù)據(jù)采集模塊

　　信號的采集部分在整個程序中至關(guān)重要。其參數(shù)設(shè)置正確與否,直接影響到后面的分析、處理、顯示等功能能否實現(xiàn)。LabVIEW本身提供了大量的控制對象，包含有專門用于設(shè)計數(shù)據(jù)采集程序和控制程序的功能庫和開發(fā)工具庫。其中，LabVIEW的數(shù)據(jù)采集程序庫包括了許多NI公司數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動控制程序，本文采用的就是NI公司的LabVIEW PnP 1.24驅(qū)動程序。

　　數(shù)據(jù)采集部分的參數(shù)設(shè)置主要包括：

　　①Device：用來控制PCI2208數(shù)據(jù)采集板在計算機(jī)內(nèi)的初始化信息；

　?、贑hannels：用來設(shè)置所有定義的數(shù)據(jù)采集通道的工作情況；

　?、跾can Rate：用來控制系統(tǒng)的采樣頻率；

　?、蹷uffer Size：用來控制數(shù)據(jù)緩存區(qū)的大??；

　?、軹rigger：用來控制采集卡開始采集的觸發(fā)方式。

　　數(shù)據(jù)采集程序框圖如圖7所示。

　?。?）波形顯示模塊

　　該部分可選擇時域信號顯示或頻域信號顯示,可選擇原始采集信號和消噪后的信號顯示，還可根據(jù)需要進(jìn)行線性或?qū)?shù)顯示。

　?。?）數(shù)據(jù)存儲讀取模塊

　　將通過PCI采集卡96路AI口采集來的信號存儲到工控PC機(jī)上,本系統(tǒng)采用的是EXCEL文件存儲，可以方便地將多路微震信號同時記錄或保存到一個文件中，便于以后的波形再現(xiàn)和分析，也可以接打印機(jī)直接將數(shù)據(jù)或再現(xiàn)的波形打印出來，供將來對數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密的后期分析。

　　圖8是微震信號的波形數(shù)據(jù)存儲和讀取部分程序框圖。

　　4）數(shù)據(jù)分析模塊

　　這部分主要是針對采集的信號中帶入的高頻噪聲的去除與原始信號的還原來進(jìn)行的，本系統(tǒng)采用的是小波變換的分析方法。在基于LabVIEW平臺下的小波去噪系統(tǒng)采用了以下三種消噪處理方法：

　　①強(qiáng)制消噪處理：將采集到的微震信號數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，把分解結(jié)構(gòu)中的高頻系數(shù)全部變?yōu)?，即把高頻部分全部濾除掉，然后對信號進(jìn)行重構(gòu)處理。

　　②默認(rèn)閾值消噪處理：對微震信號利用Matlab中默認(rèn)閾值確定函數(shù)產(chǎn)生信號的默認(rèn)值，對信號進(jìn)行消噪處理，由系統(tǒng)產(chǎn)生的默認(rèn)參數(shù)有：軟硬閾值的選取、閾值的確定、信號低頻部分的處理方式。

　?、圩远x自動消噪處理：由默認(rèn)產(chǎn)生的參數(shù)進(jìn)行信號消噪有時不如根據(jù)經(jīng)驗獲得參數(shù)消噪具有可信度，本文同時設(shè)計了利用Matlab中自動消噪函數(shù)來自定義確定消噪的參數(shù),如:閾值選取規(guī)則、軟硬閾值的選取、閾值的調(diào)整形式等。信號消噪的前面板的設(shè)計如圖9所示。

　　本系統(tǒng)在LabVIEW平臺下實現(xiàn)的小波算法是采用與Matlab接口的編程技術(shù)，通過在Matlab模塊中編寫消噪程序并發(fā)布COM組件，再通過LabVIEW引用其生成的COM對象，從而使開發(fā)復(fù)雜的先進(jìn)算法的周期大大縮短，并且采用這種方法有效地保證了系統(tǒng)的信號分析的準(zhǔn)確及可靠性。

　　本文設(shè)計的基于虛擬儀器的微震檢測系統(tǒng)，信號處理功能強(qiáng)大，信息表達(dá)豐富、多樣，人機(jī)界面友好，同時實時性好，準(zhǔn)確性高，在實際應(yīng)用中取得了很好的效果，在礦區(qū)的安全事業(yè)上有著廣闊的應(yīng)用前景。另外，系統(tǒng)的軟件部分在LabVIEW上有很好的可擴(kuò)展性，為系統(tǒng)的完善開發(fā)與設(shè)計提供了一個良好的平臺。
　　
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