分布式光纤扰动监测系统的虚拟仪器设计

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。

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 本课题研究的主要内容

1.4 论文结构安排

1.5 小结

2 分布式光纤扰动监测系统简介

2.1 系统的总体方案设计

2.2 监测系统的硬件简介

2.3 监测系统的软件构成

2.4 小结

3 监测系统主界面和重要功能模块设计

3.1 主界面设计

3.2 参数设置模块

3.3 数据采集模块

3.4 数据管理模块

3.5 数据处理模块

3.6 帮助信息模块

3.7 密码退出模块

3.8 小结

4 实验数据分析和研究

4.1 实验平台简介

4.2 入侵事件的时频域研究与分析

4.3 其他延迟环长度的监测效果对比

4.4 实验总结分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来工作的展望

致谢

参考文献

附 录