CN111721227A - 一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警*** - Google Patents

一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警*** Download PDF

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赵杰
王桂萱
臧麒
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Dalian University
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/165—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***，属于边坡支护监测领域，该***包括采集模块、转换分析模块和上位机；采集模块采集锚杆拉伸的应变量信号产生波长的漂移量变化信号，并将漂移量变化信号传送给转换分析模块；转换分析模块将接收到采集模块传送的漂移量变化信号转换为电信号传送给上位机；上位机接收转换分析模块传送的电信号转换为应变量，并将转换后的应变量与预警阈值进行比较判断，进行预警显示；该***可实时显示监测时程曲线、数据存储和图形显示，并且可以修改预警阈值，做到匹配度高、适用性强；可实时对超过报警阈值的监测对象进行不同程度的报警。

Description

一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***
技术领域
本发明属于边坡支护监测领域，尤其涉及一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***。
背景技术
设备iFBG&eDAQ-S15同步解调仪在进行特殊处理后，对各预设位置的FBG应变传感器数据进行实时采集，在人机交互界面中显示，具备实时显示、实时预警以及存储等功能；同时为了保证对边坡锚杆支护结构的有效预警及数据信号采集，需要对应变传感器的固定方式进行调整。目前主要通过在锚杆焊接夹持装置来固定FBG应变传感器。
确定边坡的边坡滑落模式、方向及速度，掌握边坡发展变化规律，有效预测边坡状态，为采取必要的防护补救措施提供重要依据；当前边坡锚杆监测预警***存在着过于复杂、难以有效普及的特点，并且现存的边坡监测预警***针对锚杆的监测预警存在空白，很少有人尝试在此有所建树，但同时边坡锚杆越来越普及化，缺少对其后续利用是一大资源浪费。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***，包括采集模块、转换分析模块和上位机；
所述采集模块采集锚杆拉伸的应变量信号产生波长的漂移量变化信号，并将漂移量变化信号传送给所述转换分析模块；
所述转换分析模块将接收到所述采集模块传送的漂移量变化信号转换为电信号传送给所述上位机；
所述上位机接收所述转换分析模块传送的电信号转换为应变量，并将转换后的应变量与预警阈值进行比较判断，进行预警显示。
进一步地，所述转换分析模块采用同步解调仪。
进一步地，所述上位机包括显示模块，所述显示模块包括正常信号灯、异常信号灯、警告信号灯和危险信号灯。
进一步地，所述上位机接收所述转换分析模块传送的电信号转换为应变量，并将转换后的应变量与阈值进行比较判断，进行预警显示的过程如下：
S1：定义阈值包括第一预警值K1、第二预警值K2和第三预警值K3，K1≤K2≤K3；
S2：当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值的最大值M≤第一预警阈值K1，则正常信号灯亮起；
当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M＞第一预警阈值K1，则进行S3；
S3:当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M≤第二预警阈值K2，则异常信号灯亮起；
当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M＞第二预警阈值K2，则进行S4；
S4:当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M≤第三预警阈值K3，则警告信号灯亮起；
当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M＞第三预警阈值K3，则危险信号灯亮起。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***，可实时显示监测时程曲线、数据存储和图形显示，并且可以修改预警阈值，做到匹配度高、适用性强；可实时对超过报警阈值的监测对象进行不同程度的报警；通过在边坡锚杆上安装FBG应变传感器，施工安装后，进行初次监测，确定初值，便于确定阈值；上位机通过人机交互对数据进行有效预警，满足现场监测预警需求，并且不影响工程质量及加固强度，上位机能够将监测数据保存，对数据按时间、位置归集，并能够对数据进行二次处理，保存的数据还能与Excel兼容，方便用户查看和数据处理。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的***结构示意图；
图2为本发明的同步解调仪与上位机之间的操作流程图；
图3为本发明的方法流程图；
图4为本发明的应变传感器内部构造图。
图中：1、上位机，2、采集模块，3、转换分析模块，4、第二直流电源，5、第一直流电源，20、光纤光栅，21、低温敏感元件，22、钢管，23、通讯光纤，24、固定支点。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***，包括采集模块2、转换分析模块3和上位机1；
所述采集模块2采集锚杆拉伸的应变量信号产生波长的漂移量变化信号，并将漂移量变化信号传送给所述转换分析模块3；
所述转换分析模块3将接收到所述采集模块2传送的漂移量变化信号转换为电信号传送给所述上位机1；
所述上位机1接收所述转换分析模块3传送的电信号转换为应变量，并将转换后的应变量与预警阈值进行比较判断，进行预警显示。
进一步地，所述转换分析模块3采用iFBG&eDAQ-S15同步解调仪3。
进一步地，所述采集模块2采用若干FBG应变传感器2；
进一步地，所述上位机1包括显示模块，所述显示模块包括正常信号灯、异常信号灯、警告信号灯和危险信号灯，上位机可以对监测对象进行实时预警，并由四个对应的预警级别划分，并有对应的信号灯亮起，即：正常信号灯:绿色、异常信号灯:黄色，警告信号灯：橙色、危险信号灯：红色。
进一步地，该***还包括第一直流电源5和第二直流电源4，所述第一直流电源5为iFBG&eDAQ-S15同步解调仪提供直流24V电源，所述第一直流电源5与所述iFBG&eDAQ-S15同步解调仪通过屏蔽双绞电源线相连接；
所述第二直流电源4为所述上位机1提供电源。
所述上位机1与iFBG&eDAQ-S15同步解调仪通过以太网线连接，以太网线为标准以太网双绞网线；
所述上位机1采用LabVIEW作为上位机软件，上位机1与iFBG&eDAQ-S15同步解调仪利用人机交互实现实时控制；
LabVIEW中完成上下位机间的解调配置，对数据实时监测预警及各类实时图中所涉及到的算法进行介绍，并解释了逻辑架构的思路，在有些过于庞杂的程序框图设计过程中，适当的将部分程序框图转换成主控程序的子vi，方便读者及后续工作者易于理解整体程序的逻辑架构。同时为了让***可以服务广，涉及面宽，设计***时考虑到实际工程项目中支护形式、土层状态、外部环境差异等等的影响，故而将阈值预留出以便利于改写，使每一个工程都拥有自主特殊性。
iFBG&eDAQ-S15同步解调仪负责将FBG应变传感器所产生的应变信号值进行采集，结果数据解调，传至人机交互界面，实现数据交互。
iFBG&eDAQ-S15同步解调仪包括15个通道；
进一步地，上位机1接收所述转换分析模块传送的电信号转换为应变量，并将转换后的应变量与阈值进行比较判断，进行预警显示的过程如下：
S1：定义阈值包括第一预警值K1、第二预警值K2和第三预警值K3，K1≤K2≤K3；
S2:当所述上位机1读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值的最大值M≤第一预警阈值K1，则正常信号灯亮起；
当所述上位机1读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M＞第一预警阈值K1，则进行S3；
S3:当所述上位机1读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M≤第二预警阈值K2，则异常信号灯亮起；
当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M＞第二预警阈值K2，则进行S4；
S4:当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M≤第三预警阈值K3，则警告信号灯亮起，
当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M＞第三预警阈值K3，则危险信号灯亮起。
的具体工作过程如下：
S1:在上位机的人机交互界面设定预警阈值以及对数据信号进行解调；
S2:由iFBG&eDAQ-S15同步解调仪3传输数据信号值至上位机1；
S3:驱动上位机1，选择通道，实现读取应变数据、实时显示、实时预警、存储等功能；
S4：当需要结束监测时，选择结束按钮，从而结束数据读取及存储，否则继续运行监测***进行监测；
S5：监测***判断对应通道所读取的数据值是否超越对应的预警阈值，是则响应对应级别的信号，否则继续进行实时显示、存储等功能。
S6：S5所产生的对应级别信号，响应对应的预警信号灯。
如图3所示，对S5-S6功能的具体实现方法进行解释，具体实现步骤：
S5-1：由iFBG&eDAQ-S15同步解调仪将数据信号传输至上位机1，读取进入基于LabVIEW的软件***中；
S5-2：上位机1将各通道内的最大值调取出；
S5-3：在人机交互界面将预警阈值输入进监测界面；
S5-4：判断上位机1从同步解调仪内所取调取的最大值是否大于阈值K1，若小于K1，则正常信号灯值为True，其他信号灯值为False，即正常信号灯亮起，否则进入S5-5；
S5-5：继续判断所取出的最大值是否大于阈值K2，若小于K2则进入异常信号灯值为True，其他信号灯值为False，即异常信号灯亮起，否则进入S5-6；
S5-6：继续判断所取出的最大值是否大于阈值K3，若小于K3则警告信号灯值为True，其他信号灯值为False，即警告信号灯亮起6，危险信号灯值为True，其他信号灯值为False，即危险信号灯亮起；
S5-7：人机交互界面触发S5，即结束或继续运行。
进一步地，FBG应变传感器内部构造解如下：包括光纤光栅20、低温敏感元件21、钢管22、通讯光纤23和固定支点24；
光纤光栅20是应变传感器的主要构件；低温敏感元件21是伴随着温度的上升产生反向位移变化，从而抵消由温度造成的光纤光栅中心波长漂移量的影响；钢管S22便于安装或者焊接在监测物上；普通通讯光纤S23，将光信号传递给同步解调仪和固定支点S24，方便夹持。
所述FBG应变传感器包括光纤光栅20、低温敏感元件21、钢管22和通讯光纤23；
所述光纤光栅20与通讯光纤23连接；
所述低温敏原件21附着在所述光纤光栅20上；
通过乳胶将所述光纤光栅20、低温敏感元件21和通讯光纤23配置在所述钢管22的内部保护起来，通过固定支点24焊接或夹持在被测物上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***，其特征在于：包括采集模块、转换分析模块和上位机；
所述采集模块采集锚杆拉伸的应变量信号产生波长的漂移量变化信号，并将漂移量变化信号传送给所述转换分析模块；
所述转换分析模块将接收到所述采集模块传送的漂移量变化信号转换为电信号传送给所述上位机；
所述上位机接收所述转换分析模块传送的电信号转换为应变量，并将转换后的应变量与预警阈值进行比较判断，进行预警显示。
2.根据权利要求1所述的种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***，其特征在于：所述转换分析模块采用同步解调仪。
3.根据权利要求1所述一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***，其特征在于：所述上位机包括显示模块，所述显示模块包括正常信号灯、异常信号灯、警告信号灯和危险信号灯。
4.根据权利要求2所述一种基于LabVIEW及FBG应变传感器的边坡锚杆监测预警***，其特征在于：所述上位机接收所述转换分析模块传送的电信号转换为应变量，并将转换后的应变量与阈值进行比较判断，进行预警显示的过程如下：
S1：定义阈值包括第一预警值K1、第二预警值K2和第三预警值K3，K1≤K2≤K3；
S2：当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值的最大值M≤第一预警阈值K1，则正常信号灯亮起；
当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M＞第一预警阈值K1，则进行S3；
S3:当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M≤第二预警阈值K2，则异常信号灯亮起；
当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M＞第二预警阈值K2，则进行S4；
S4:当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M≤第三预警阈值K3，则警告信号灯亮起；
当所述上位机读取到所述同步解调仪的各个通道的应变量数值最大值M＞第三预警阈值K3，则危险信号灯亮起。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112697997A (zh) * 2020-12-09 2021-04-23 南京大学 基于分布式光纤应变传感的边坡状态反演方法
CN114108709A (zh) * 2021-10-12 2022-03-01 东南大学 一种砒砂岩边坡侵蚀监测方法

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