基于NI cRIO的多通道強震動(dòng)監測與報警系統開(kāi)發(fā)

　　應用領(lǐng)域：遠程監測/控制

　　挑戰：系統在高動(dòng)態(tài)范圍、高計時(shí)精度、高頻譜純度和多通道設計上，具有一定的難度;在FPGA上，GPS同步、數字降采樣、標定信號的多路轉換控制和多種復雜的觸發(fā)策略的實(shí)現極具挑戰性;在數據接口中， miniSEED地震數據包的封裝和基于NetSeisIP地震數據流的通信又是一個(gè)難點(diǎn);在數據分析上，既可以分析信號的時(shí)域指標，又可進(jìn)行頻譜分析和時(shí)頻譜分析并綜合數據處理結果進(jìn)行強震動(dòng)報警。

　　應用方案：利用NI公司的cRIO模塊和LabVIEW 8.6集成開(kāi)發(fā)軟件快速構建軟硬件平臺，進(jìn)行多通道強震動(dòng)監測與報警系統開(kāi)發(fā)，實(shí)現地震動(dòng)信號調理、數據采集、時(shí)鐘同步、數據壓縮傳輸、數據實(shí)時(shí)分析、數據離線(xiàn)分析、健康診斷、突發(fā)性震動(dòng)破壞事件報警、網(wǎng)絡(luò )通信和儀器控制等功能。數據采集器的終端軟件采用Sever和Client兩種模式并行工作，在廣東虎門(mén)大橋的地震反應專(zhuān)用臺陣的應用中，一方面將采集到的36通道震動(dòng)信號，實(shí)時(shí)封裝成miniSEED地震數據包，以Client方式，按照NetSeisIP協(xié)議發(fā)送到路橋公司的數據中心服務(wù)器，再由其它地震專(zhuān)業(yè)處理模塊進(jìn)行互相關(guān)處理;另一方面，數據采集器作為Sever，監聽(tīng)數據中心上位機通信分析軟件的各項功能請求并作出相關(guān)響應，實(shí)現對大橋的強震動(dòng)監測與報警。

　　使用的產(chǎn)品：

　　LabVIEW 8.6軟件開(kāi)發(fā)平臺

　　cRIO-9014嵌入式實(shí)時(shí)控制器

　　cRIO-9104 cRIO背板

　　cRIO-9205 模擬輸入模塊

　　cRIO-9263 模擬輸出模塊

　　cRIO-9401 高速數字IO模塊

　　介紹：

　　目前，從國外整套進(jìn)口的地震反應專(zhuān)用臺陣的數據采集設備，其性?xún)r(jià)比和功能已經(jīng)不能很好滿(mǎn)足國內的需要。通過(guò)多方選型，決定采用NI 的cRIO搭建硬件平臺，使用LabVIEW8.6自主進(jìn)行多通道強震動(dòng)監測與報警系統開(kāi)發(fā)。

　　NI cRIO是一款高級嵌入式控制和采集系統，具有耐久較好、功耗較低等特點(diǎn)。借助NI cRIO，我們低成本、短周期、高可靠地開(kāi)發(fā)了采集系統。系統中的數據觸發(fā)存儲功能更為強大和專(zhuān)業(yè)，支持地震業(yè)界標準的文件格式，全面滿(mǎn)足地震信號處理與分析的專(zhuān)業(yè)要求。在NI平臺上實(shí)現的地震業(yè)界通用的數據交換格式miniSEED的實(shí)時(shí)打包，并且基于NetSeisIP地震數據流的通信協(xié)議傳輸數據，更具創(chuàng )新性。

　　“基于NI cRIO的多通道強震動(dòng)監測與報警系統”已經(jīng)在廣東虎門(mén)大橋的地震反應專(zhuān)用臺陣上投入使用，初見(jiàn)成效。

　　正文

　　1、項目背景

　　隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設步伐的加快，地震對社會(huì )和經(jīng)濟的影響更顯突出，建設高密度數字強震臺網(wǎng)、臺陣和系列配套軟硬件，已成為減輕地震災害的重要舉措，已受到政府高度重視。“十五”期間，國家在在21個(gè)國家地震重點(diǎn)監視防御區內建設了1160個(gè)固定自由場(chǎng)強震動(dòng)觀(guān)測臺，在全國建設了活斷層影響、地震動(dòng)衰減、場(chǎng)地地形影響、大型橋梁、水庫大壩、典型建筑結構等12個(gè)地震反應專(zhuān)用臺陣，但是這方面的數據采集設備幾乎全部依靠整套進(jìn)口，承受著(zhù)昂貴的費用負擔和技術(shù)約束，在一定程度上制約了我國防震減災和社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展。

　　我們國家經(jīng)過(guò)30年改革開(kāi)放的飛速發(fā)展，修建了大量的重大工程、生命線(xiàn)工程(機場(chǎng)、港口、燃氣樞紐、供水管道、海洋平臺等)、超高層建筑(電視塔、商務(wù)中心等)和特殊結構(地鐵、新型橋梁、大壩、核電站等)，而這些工程的地震反應專(zhuān)用臺陣的布設甚少，工程建筑結構物的健康診斷和突發(fā)性震動(dòng)破壞報警技術(shù)沒(méi)有得到深層次的發(fā)展與應用，遠遠跟不上社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的速度，滿(mǎn)足不了時(shí)代發(fā)展的需求。