基于NI cRIO的多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)開發(fā)

　　我們非常迫切需要研制一套集振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸與分析、工程建筑結(jié)構(gòu)物的健康診斷和突發(fā)性震動(dòng)破壞事件報(bào)警技術(shù)等功能于一體的“多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)”。該系統(tǒng)的研制成功，將減輕費(fèi)用的負(fù)擔(dān)，形成擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件產(chǎn)品，更好地滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。通過部署這套系統(tǒng)到重大工程、生命線工程、超高層建筑和特殊結(jié)構(gòu)上，將獲取豐富的結(jié)構(gòu)抗震性能信息、提高結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)水平，將能實(shí)時(shí)地對(duì)工程建筑結(jié)構(gòu)物的健康進(jìn)行診斷。特別是在遇到突發(fā)性震動(dòng)破壞事件時(shí)，能對(duì)重大工程、生命線工程實(shí)行監(jiān)測(cè)報(bào)警，及時(shí)采取應(yīng)急措施，進(jìn)而減輕突發(fā)性破壞事件造成的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡。

　　“多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)”，將能加速科技成果轉(zhuǎn)化、形成產(chǎn)業(yè)化，為全國(guó)的重大工程、生命線工程、超高層建筑和特殊結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防、健康診斷和破壞性震動(dòng)事件預(yù)警提供更為準(zhǔn)確和可靠的科學(xué)依據(jù)。

　　2、強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)組成

　　“基于NI cRIO的多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)”是針對(duì)重大工程、生命線工程、超高層建筑和特殊結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)長(zhǎng)期地開展強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析其健康狀況而設(shè)計(jì)的，能夠以分布式布設(shè)，也可以作為單一監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獨(dú)立工作。系統(tǒng)由地震觀測(cè)站點(diǎn)、專線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心三大部分構(gòu)成，如圖 1所示。地震觀測(cè)站點(diǎn)則由數(shù)據(jù)采集器、加速度計(jì)、供電設(shè)備和防雷設(shè)施組成，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理。專線網(wǎng)絡(luò)提供了地震觀測(cè)站點(diǎn)到數(shù)據(jù)中心的通信鏈路，使數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和交互通信有了便捷的途徑。數(shù)據(jù)中心主要部署了服務(wù)器、客戶端等設(shè)備。服務(wù)器加載了地震數(shù)據(jù)流模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、交互分析模塊等，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接收與對(duì)外分發(fā)、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和交互分析。此外，服務(wù)器上還安裝了上位機(jī)通信控制及分析軟件，以Client的方式主動(dòng)連接遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集器，啟動(dòng)第二路實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的接收和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)警報(bào)。

圖1 強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)組成

　　3、強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建

　　多通道強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)采集器采用NI cRIO數(shù)據(jù)采集模塊、GPS模塊和電源模塊搭建而成。其中cRIO由嵌入式實(shí)時(shí)控制器cRIO 9014、cRIO背板cRIO 9104、模擬輸入模塊cRIO 9205、模擬輸出模塊cRIO 9263和高速數(shù)字IO模塊cRIO 9401構(gòu)成。如圖 2所示。

圖2 多通道強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　NI cRIO是一款高級(jí)嵌入式控制和采集系統(tǒng)，基于NI可重新配置I/O(RIO)技術(shù)。它不僅具備實(shí)時(shí)嵌入式處理器的低功率能耗功能，還兼有RIO FPGA芯片集的優(yōu)越性能。借助NICompactRIO，用戶可以快速、低成本、高度可靠地創(chuàng)建嵌入式控制或采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可與自定義設(shè)計(jì)的硬件電路在優(yōu)化性能上相媲美。