基于虛擬儀器的微震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一種圖形化的編程語(yǔ)言。它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，被視為一個(gè)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(kù)函數(shù)，是一個(gè)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(dòng)有趣。本文應(yīng)用美國(guó)NI 公司LabVIEW 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)并結(jié)合PCI數(shù)據(jù)采集卡（DAQ），對(duì)微震信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微震信號(hào)隨時(shí)間變化的過程，并將波形在PC機(jī)上顯示。

　?。?）對(duì)采集信號(hào)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(hào)中帶入的噪聲濾除。

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

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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：

　?。?）數(shù)據(jù)采集模塊

　　信號(hào)的采集部分在整個(gè)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(shí)現(xiàn)。LabVIEW本身提供了大量的控制對(duì)象，包含有專門用于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序和控制程序的功能庫(kù)和開發(fā)工具庫(kù)。其中，LabVIEW的數(shù)據(jù)采集程序庫(kù)包括了許多NI公司數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)控制程序，本文采用的就是NI公司的LabVIEW PnP 1.24驅(qū)動(dòng)程序。

　　數(shù)據(jù)采集部分的參數(shù)設(shè)置主要包括：

　?、貲evice：用來控制PCI2208數(shù)據(jù)采集板在計(jì)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；

　　④Buffer Size：用來控制數(shù)據(jù)緩存區(qū)的大??；

　　⑤Trigger：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(shí)域信號(hào)顯示或頻域信號(hào)顯示,可選擇原始采集信號(hào)和消噪后的信號(hào)顯示，還可根據(jù)需要進(jìn)行線性或?qū)?shù)顯示。

　　（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀取模塊

　　將通過PCI采集卡96路AI口采集來的信號(hào)存儲(chǔ)到工控PC機(jī)上,本系統(tǒng)采用的是EXCEL文件存儲(chǔ)，可以方便地將多路微震信號(hào)同時(shí)記錄或保存到一個(gè)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密的后期分析。

　　圖8是微震信號(hào)的波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(duì)采集的信號(hào)中帶入的高頻噪聲的去除與原始信號(hào)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(tái)下的小波去噪系統(tǒng)采用了以下三種消噪處理方法：

　?、?gòu)?qiáng)制消噪處理：將采集到的微震信號(hào)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(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)處理。

　?、谀J(rèn)閾值消噪處理：對(duì)微震信號(hào)利用Matlab中默認(rèn)閾值確定函數(shù)產(chǎn)生信號(hào)的默認(rèn)值，對(duì)信號(hào)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(hào)低頻部分的處理方式。

　?、圩远x自動(dòng)消噪處理：由默認(rèn)產(chǎn)生的參數(shù)進(jìn)行信號(hào)消噪有時(shí)不如根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得參數(shù)消噪具有可信度，本文同時(shí)設(shè)計(jì)了利用Matlab中自動(dòng)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(hào)消噪的前面板的設(shè)計(jì)如圖9所示。

　　本系統(tǒng)在LabVIEW平臺(tái)下實(shí)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(duì)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(hào)分析的準(zhǔn)確及可靠性。

　　本文設(shè)計(jì)的基于虛擬儀器的微震檢測(cè)系統(tǒng)，信號(hào)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(shí)實(shí)時(shí)性好，準(zhǔn)確性高，在實(shí)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(jì)提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。
　　
　　參考文獻(xiàn)

　　　1王東霞， 夏慶觀． 基于DSP技術(shù)的微震實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)[J]．微型機(jī)與應(yīng)用，2005;(3)：15～18
　　　2 竇林名．多功能一體化微震系統(tǒng)[J]．煤礦設(shè)計(jì)，1999;(6)：44～46
　　　3 陳 棟，岳 林．LabVIEW和PCI_4472虛擬測(cè)試儀器的研制[J]．中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2005;31(3)：118～120
            4 謝建軍，薛平貞．基于NILabVIEW和DAQ卡的液位控制系統(tǒng) [J]．儀器儀表學(xué)報(bào)，2004；25(4)：889～891
            5 耿宇缽，張曉東，陳 曦．基于PCI總線的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]．工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005;18(5)：32～33
            6 范留明，黃潤(rùn)秋，吉隨旺．地震動(dòng)信號(hào)的小波分析[J]． 物探化探計(jì)算技術(shù)，2000;22(1)：1～4