基于虚拟仪器的微震实时监测系统

　　2 系统软件设计

　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一种图形化的编程语言。它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能，还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。本文应用美国NI 公司LabVIEW 系统开发平台并结合PCI数据采集卡（DAQ），对微震信号进行实时采集和波形的再现和分析。由于LabVIEW 强大的数据处理能力、丰富的数据表达方式和高效率，有力地支持和加快了系统的研制速度。

　　监测系统的主要功能包括：

　　（1）通过PCI采集卡经由工控机实时监测微震信号随时间变化的过程，并将波形在PC机上显示。

　　（2）对采集信号进行数字处理。本系统采用小波变换的分析方法，将微震信号中带入的噪声滤除。

　　（3）显示和打印采集到的微震信号和分析获得的数据、图形，并存储归档。

　　系统的软件设计框图如图6所示。

　　根据上述虚拟仪器功能的需要，本系统程序包含以下模块：

　　（1）数据采集模块

　　信号的采集部分在整个程序中至关重要。其参数设置正确与否,直接影响到后面的分析、处理、显示等功能能否实现。LabVIEW本身提供了大量的控制对象，包含有专门用于设计数据采集程序和控制程序的功能库和开发工具库。其中，LabVIEW的数据采集程序库包括了许多NI公司数据采集卡的驱动控制程序，本文采用的就是NI公司的LabVIEW PnP 1.24驱动程序。

　　数据采集部分的参数设置主要包括：

　　①Device：用来控制PCI2208数据采集板在计算机内的初始化信息；

　　②Channels：用来设置所有定义的数据采集通道的工作情况；

　　③Scan Rate：用来控制系统的采样频率；

　　④Buffer Size：用来控制数据缓存区的大小；

　　⑤Trigger：用来控制采集卡开始采集的触发方式。

　　数据采集程序框图如图7所示。

　　（2）波形显示模块

　　该部分可选择时域信号显示或频域信号显示,可选择原始采集信号和消噪后的信号显示，还可根据需要进行线性或对数显示。

　　（3）数据存储读取模块

　　将通过PCI采集卡96路AI口采集来的信号存储到工控PC机上,本系统采用的是EXCEL文件存储，可以方便地将多路微震信号同时记录或保存到一个文件中，便于以后的波形再现和分析，也可以接打印机直接将数据或再现的波形打印出来，供将来对数据进行严密的后期分析。

　　图8是微震信号的波形数据存储和读取部分程序框图。

　　4）数据分析模块

　　这部分主要是针对采集的信号中带入的高频噪声的去除与原始信号的还原来进行的，本系统采用的是小波变换的分析方法。在基于LabVIEW平台下的小波去噪系统采用了以下三种消噪处理方法：

　　①强制消噪处理：将采集到的微震信号数据进行小波分解，把分解结构中的高频系数全部变为0，即把高频部分全部滤除掉，然后对信号进行重构处理。

　　②默认阈值消噪处理：对微震信号利用Matlab中默认阈值确定函数产生信号的默认值，对信号进行消噪处理，由系统产生的默认参数有：软硬阈值的选取、阈值的确定、信号低频部分的处理方式。

　　③自定义自动消噪处理：由默认产生的参数进行信号消噪有时不如根据经验获得参数消噪具有可信度，本文同时设计了利用Matlab中自动消噪函数来自定义确定消噪的参数,如:阈值选取规则、软硬阈值的选取、阈值的调整形式等。信号消噪的前面板的设计如图9所示。

　　本系统在LabVIEW平台下实现的小波算法是采用与Matlab接口的编程技术，通过在Matlab模块中编写消噪程序并发布COM组件，再通过LabVIEW引用其生成的COM对象，从而使开发复杂的先进算法的周期大大缩短，并且采用这种方法有效地保证了系统的信号分析的准确及可靠性。

　　本文设计的基于虚拟仪器的微震检测系统，信号处理功能强大，信息表达丰富、多样，人机界面友好，同时实时性好，准确性高，在实际应用中取得了很好的效果，在矿区的安全事业上有着广阔的应用前景。另外，系统的软件部分在LabVIEW上有很好的可扩展性，为系统的完善开发与设计提供了一个良好的平台。
　　
　　参考文献

　　　1王东霞， 夏庆观． 基于DSP技术的微震实时检测系统[J]．微型机与应用，2005;(3)：15～18
　　　2 窦林名．多功能一体化微震系统[J]．煤矿设计，1999;(6)：44～46
　　　3 陈 栋，岳 林．LabVIEW和PCI_4472虚拟测试仪器的研制[J]．中国测试技术，2005;31(3)：118～120
            4 谢建军，薛平贞．基于NILabVIEW和DAQ卡的液位控制系统 [J]．仪器仪表学报，2004；25(4)：889～891
            5 耿宇钵，张晓东，陈 曦．基于PCI总线的高速实时数据采集系统[J]．工业控制计算机，2005;18(5)：32～33
            6 范留明，黄润秋，吉随旺．地震动信号的小波分析[J]． 物探化探计算技术，2000;22(1)：1～4