多通道强震动监测与报警系统的设计研究

地震观测站点中的数据采集器采用NIcRIO数据采集模块、GPS模块和电源模块搭建而成。其中cRIO由嵌入式实时控制器cRIO9014、cRIO背板cRIO9104、模拟输入模块cRIO9205、模拟输出模块cRIO9263和高速数字IO模块cRIO9401构成。如图2所示。

图2多通道强震动数据采集器内部结构

2、强震动监测与报警系统的软件架构及其实现

系统软件架构由数据采集终端和上位机控制分析终端实现。

2.1采集终端的系统软件架构

整个数据采集终端的软件由数据采集和通信两大部分组成。数据采集在FPGA和实时控制器上实现，集成了GPS同步、数字降采样、标定信号的多路转换控制和多种复杂的触发策略等极具挑战性的功能。通信部分的接口中，由数据采集器直接将实时数据流压缩打包成miniSEED格式，并按照NetSeisIP地震数据流的通信协议，发送到远程的地震流服务器或上位机监控分析软件，如图3所示。

图3采集终端的系统软件结构框图

2.2上位机通信控制及分析软件的实现

上位机通信控制及分析软件主要由记录仪设置、实时监测、数据管理、数据分析四大模块组成。其中记录仪设置包括常规、数据采集、通道、事件记录信息的设置等；实时监测包括波形的实时显示、通道表示、本地记录设置、本地记录、远程记录、标定信号、站点信息、系统状态、连接状态、GPS捕获状态、秒脉冲锁定状态、强震告警、关键参数实时计算及显示等；数据管理包括数据采集器的数据回收及数据删除、本地数据的更新及删除等。数据分析可以实时或离线分析信号的时域指标，又可对时域波形进行频谱分析和时频谱分析，计算出健康诊断和警报等关键参数信息。

结论

借助NI公司功能强大、高效并且容易使用的图形化编程语言LabVIEW，结合先进的cRIO硬件平台，我们在很短的时间内就搭建了多通道强震动监测与报警平台，较快地实现了地震动信号调理、数据采集、时钟同步、数据压缩传输、数据实时分析、数据离线分析、健康诊断、突发性震动破坏事件报警、网络通信和仪器控制等复杂功能，大大缩短了程序的开发周期。“基于NIcRIO的多通道强震动监测与报警系统”，达到了高动态范围、高计时精度、高频谱纯度和多通道的设计要求，并且结合了行业的应用，采用了创新的方法，在NI的平台上实现了数据的压缩和基于NetSeisIP协议传输。可以预见，在地震行业内，利用NI产品进行相关研发，将有广阔的发展前景。