基于虛擬儀器的微震實時監測系統

　　2 系統軟件設計

　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一種圖形化的編程語言。它廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室所接受，被視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能，還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數，是一個功能強大且靈活的軟件。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。本文應用美國NI 公司LabVIEW 系統開發平臺并結合PCI數據采集卡（DAQ），對微震信號進行實時采集和波形的再現和分析。由于LabVIEW 強大的數據處理能力、豐富的數據表達方式和高效率，有力地支持和加快了系統的研制速度。

　　監測系統的主要功能包括：

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

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

　　（3）顯示和打印采集到的微震信號和分析獲得的數據、圖形，并存儲歸檔。

　　系統的軟件設計框圖如圖6所示。

　　根據上述虛擬儀器功能的需要，本系統程序包含以下模塊：

　　（1）數據采集模塊

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

　　數據采集部分的參數設置主要包括：

　　①Device：用來控制PCI2208數據采集板在計算機內的初始化信息；

　　②Channels：用來設置所有定義的數據采集通道的工作情況；

　　③Scan Rate：用來控制系統的采樣頻率；

　　④Buffer Size：用來控制數據緩存區的大小；

　　⑤Trigger：用來控制采集卡開始采集的觸發方式。

　　數據采集程序框圖如圖7所示。

　　（2）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，還可根據需要進行線性或對數顯示。

　　（3）數據存儲讀取模塊

　　將通過PCI采集卡96路AI口采集來的信號存儲到工控PC機上,本系統采用的是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和分析，也可以接打印機直接將數據或再現的波形打印出來，供將來對數據進行嚴密的后期分析。

　　圖8是微震信號的波形數據存儲和讀取部分程序框圖。

　　4）數據分析模塊

　　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行的，本系統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采用了以下三種消噪處理方法：

　　①強制消噪處理：將采集到的微震信號數據進行小波分解，把分解結構中的高頻系數全部變為0，即把高頻部分全部濾除掉，然后對信號進行重構處理。

　　②默認閾值消噪處理：對微震信號利用Matlab中默認閾值確定函數產生信號的默認值，對信號進行消噪處理，由系統產生的默認參數有：軟硬閾值的選取、閾值的確定、信號低頻部分的處理方式。

　　③自定義自動消噪處理：由默認產生的參數進行信號消噪有時不如根據經驗獲得參數消噪具有可信度，本文同時設計了利用Matlab中自動消噪函數來自定義確定消噪的參數,如:閾值選取規則、軟硬閾值的選取、閾值的調整形式等。信號消噪的前面板的設計如圖9所示。

　　本系統在LabVIEW平臺下實現的小波算法是采用與Matlab接口的編程技術，通過在Matlab模塊中編寫消噪程序并發布COM組件，再通過LabVIEW引用其生成的COM對象，從而使開發復雜的先進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的信號分析的準確及可靠性。

　　本文設計的基于虛擬儀器的微震檢測系統，信號處理功能強大，信息表達豐富、多樣，人機界面友好，同時實時性好，準確性高，在實際應用中取得了很好的效果，在礦區的安全事業上有著廣闊的應用前景。另外，系統的軟件部分在LabVIEW上有很好的可擴展性，為系統的完善開發與設計提供了一個良好的平臺。
　　
　　參考文獻

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