第一篇：基于NI cRIO的多通道強震動監測與報警系統開發概要（共）

基于NI cRIO的多通道強震動監測與報

警系統開發

摘要：實現了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTA—C)連續時間型濾波器的結構、設計和具體實現，使用外部可編程電路對所設計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設計和仿真驗證。仿真結果表明，該濾波器帶寬的可調范圍為1～26 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內波紋小于0．5 dB，采用1．8 V電源，TSMC 0．18μm CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態。關鍵詞：Butte 基于NI cRIO的多通道強震動監測與報警系統開發

作者：葉春明 吳華燈 郭德順 謝劍波 黃文輝

職務：高級工程師

工程師

工程師

高級工程師

高級工程師

單位：廣東省地震局

應用領域：遠程監測/控制

挑戰：系統在高動態范圍、高計時精度、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策略的實現極具挑戰性；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難點；在數據分析上，既可以分析信號的時域指標，又可進行頻譜分析和時頻譜分析并綜合數據處理結果進行強震動報警。

應用方案：利用NI公司的cRIO模塊和LabVIEW 8.6集成開發軟件快速構建軟硬件平臺，進行多通道強震動監測與報警系統開發，實現地震動信號調理、數據采集、時鐘同步、數據壓縮傳輸、數據實時分析、數據離線分析、健康診斷、突發性震動破壞事件報警、網絡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，在廣東虎門大橋的地震反應專用臺陣的應用中，一方面將采集到的36通道震動信號，實時封裝成miniSEED地震數據包，以Client方式，按照NetSeisIP協議發送到路橋公司的數據中心服務器，再由其它地震專業處理模塊進行互相關處理；另一方面，數據采集器作為Sever，監聽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響應，實現對大橋的強震動監測與報警。使用的產品：

LabVIEW 8.6軟件開發平臺 cRIO-9014嵌入式實時控制器 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，從國外整套進口的地震反應專用臺陣的數據采集設備，其性價比和功能已經不能很好滿足國內的需要。通過多方選型，決定采用NI 的cRIO搭建硬件平臺，使用LabVIEW8.6自主進行多通道強震動監測與報警系統開發。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。借助NI cRIO，我們低成本、短周期、高可靠地開發了采集系統。系統中的數據觸發存儲功能更為強大和專業，支持地震業界標準的文件格式，全面滿足地震信號處理與分析的專業要求。在NI平臺上實現的地震業界通用的數據交換格式miniSEED的實時打包，并且基于NetSeisIP地震數據流的通信協議傳輸數據，更具創新性。

“基于NI cRIO的多通道強震動監測與報警系統”已經在廣東虎門大橋的地震反應專用臺陣上投入使用，初見成效。

正文

1、項目背景

隨著我國經濟建設步伐的加快，地震對社會和經濟的影響更顯突出，建設高密度數字強震臺網、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?！笆濉逼陂g，國家在在21個國家地震重點監視防御區內建設了1160個固定自由場強震動觀測臺，在全國建設了活斷層影響、地震動衰減、場地地形影響、大型橋梁、水庫大壩、典型建筑結構等12個地震反應專用臺陣，但是這方面的數據采集設備幾乎全部依靠整套進口，承受著昂貴的費用負擔和技術約束，在一定程度上制約了我國防震減災和社會經濟的發展。我們國家經過30年改革開放的飛速發展，修建了大量的重大工程、生命線工程(機場、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用臺陣的布設甚少，工程建筑結構物的健康診斷和突發性震動破壞報警技術沒有得到深層次的發展與應用，遠遠跟不上社會經濟發展的速度，滿足不了時代發展的需求。

我們非常迫切需要研制一套集振動信號檢測、數據采集、數據傳輸與分析、工程建筑結構物的健康診斷和突發性震動破壞事件報警技術等功能于一體的“多通道強震動監測與報警系統”。該系統的研制成功，將減輕費用的負擔，形成擁有自主知識產權的軟件產品，更好地滿足社會經濟發展的需要。通過部署這套系統到重大工程、生命線工程、超高層建筑和特殊結構上，將獲取豐富的結構抗震性能信息、提高結構分析和設計水平，將能實時地對工程建筑結構物的健康進行診斷。特別是在遇到突發性震動破壞事件時，能對重大工程、生命線工程實行監測報警，及時采取應急措施，進而減輕突發性破壞事件造成的經濟損失、人員傷亡。

“多通道強震動監測與報警系統”，將能加速科技成果轉化、形成產業化，為全國的重大工程、生命線工程、超高層建筑和特殊結構的抗震設防、健康診斷和破壞性震動事件預警提供更為準確和可靠的科學依據。

2、強震動監測與報警系統組成

“基于NI cRIO的多通道強震動監測與報警系統”是針對重大工程、生命線工程、超高層建筑和特殊結構遠程實時長期地開展強震動監測和分析其健康狀況而設計的，能夠以分布式布設，也可以作為單一監測系統獨立工作。系統由地震觀測站點、專線網絡和數據中心三大部分構成，如圖 1所示。地震觀測站點則由數據采集器、加速度計、供電設備和防雷設施組成，主要進行數據采集和預處理。專線網絡提供了地震觀測站點到數據中心的通信鏈路，使數據實時傳輸和交互通信有了便捷的途徑。數據中心主要部署了服務器、客戶端等設備。服務器加載了地震

數據流模塊、數據存儲模塊、交互分析模塊等，負責實時數據的接收與對外分發、數據的存儲和交互分析。此外，服務器上還安裝了上位機通信控制及分析軟件，以Client的方式主動連接遠程的數據采集器，啟動第二路實時數據流的接收和數據的實時顯示、實時處理、實時警報。