B/S模式的FBG信號遠程監控系統設計*

胡　威，李英娜，彭慶軍，梁仕彬，張少泉，李　川

(1.昆明理工大學 信息工程與自動化學院，云南 昆明 650500；2.云南電網公司電力研究院，云南 昆明 650217)

B/S模式的FBG信號遠程監控系統設計*

胡威1,2，李英娜1，彭慶軍2，梁仕彬2，張少泉2，李川1

(1.昆明理工大學 信息工程與自動化學院，云南 昆明 650500；2.云南電網公司電力研究院，云南 昆明 650217)

摘要:采用B/S結構作為監控系統的基本架構，開發了光纖Bragg光柵(FBG)遠程監測系統。通過訪問Web網絡可以在瀏覽器界面查看FBG解調系統檢測的FBG傳感器數據。研究結果表明:通過查詢2014年11月28日～2014年12月27日期間應變樁FBG應變傳感器應變變化的時序曲線圖與邊坡上表面FBG位移傳感器位移變化的時序曲線圖，能夠及時了解到不同監測對象的物理變化量。通過遠程實時觀察傳感器數據信息，為工程的安全監測提供了依據。

關鍵詞：遠程實時監控；B/S結構；光柵解調系統；光纖Bragg光柵傳感器

0引言

在以往的監測中，光纖Bragg光柵(FBG)傳感系統[1～3]只有在作業現場工作才能保證監測系統的穩定性和耐久性，而監控人員不可能長期在現場采集監測數據[4]。為了提高監測的高效性，必須將FBG傳感系統采集到的數據高速地傳輸給遠方監控人員。隨著傳感技術的發展，互聯網應用的普及[5]，利用FBG傳感器采集數據，并利用互聯網上豐富的軟硬件資源，可實現對監測對象的遠程監測，實現監測系統的智能化，人性化。2006年,武漢理工大學的李斯丹利用光纖傳感技術實現了對橋梁索力的遠程監測，利用公用電信網PSTN通過Internet實現了現場光纖傳感器采集數據的遠程傳輸[6]。2010年,黑龍江大學李彬利用了GPRS模塊，通過配置模塊的傳輸接口和通信協議，實現了將遠程監測的數據傳輸到上位機軟件，提高了監測效率。

本文基于B/S基本架構，設計了FBG遠程監測系統，并對系統進行了測試。

1監測系統結構總體設計

FBG遠程監測系統結構由光纖傳感數據采集單元、監控終端和Web服務器單元以及網絡化遠程監控終端單元幾部分構成。遠程監測系統結構參見圖1所示。16個通道的不同中心波長的FBG傳感器分別連接到FBG解調系統[7,8]的16個光通道。

圖1　監測系統結構圖Fig 1　Structure diagram of monitoring system

結合系統開發目標，本系統可劃分為后臺管理、監測界面、時序曲線、報表管理、報警管理五個功能模塊，以及其分別包含的子功能模塊。FBG遠程監測系統功能框圖，參見圖2所示。

圖2　監測系統功能框圖Fig 2　Functional block diagram of monitoring system

2主要結構單元設計

2.1數據庫表結構設計

該遠程監測系統的核心和基礎是數據庫的設計，本文數據庫的設計選擇的是微軟SQL Server 2008數據庫。計算結果表是用來存儲FBG傳感器監測的歷史信息，表中包含通道編號、傳感器編號、測量波長、計算結果等，按等間隔時間將相應的數據存入表中。實時波長表，用來存儲FBG解調系統實時解調的FBG傳感器中心波長數據，表中包含通道編號、傳感器編號、傳感器波長等，中心波長數據按等間隔時間自動更新和存入數據庫。波長映射表包含通道編號、傳感器編號、波長映射等，能根據不同類型傳感器的數學公式將FBG傳感器中心波長轉換為應變、位移、壓力等物理量。以計算結果表為例,參見表1所示。

2.2觸發器與存儲過程設計

觸發器是特殊的存儲過程，與表事件有關，由表事件觸發。該遠程監測系統中的觸發器能實現實時的監測與數據處理。當系統實時波長表中有數據進入時，通過映射表的傳感器波長映射關系，能對傳感器的編號、測量時間、傳感器測量波長進行解析，再通過觸發器根據傳感器編號與匹配的傳感器計算公式進行結果的計算，最后將計算得到的結果存入計算結果表中。同時，該遠程監測系統也定義了

表1　計算結果表

兩條存儲過程，分別存儲每小時、每天FBG傳感器監測數據的平均值，為監測系統實現報表功能和監測數據時序曲線趨勢分析提供數據保證。

2.3解調系統與監控終端的串口通信

FBG解調系統中的解調模塊和光開關模塊與監控終端FBG解調系統上位機軟件之間的通信是基于RS—232串口協議。解調系統上位機軟件利用串口通信控件MSCOMM建立與FBG解調系統之間的通信。實現將FBG解調系統采集的FBG傳感器中心波長數據存入到Web服務器的遠程監測系統數據庫。串口數據采集的流程，參見圖3所示。

圖3　串口數據采集流程Fig 3　Process of serial data collection

2.4遠程監控終端與Web服務器的通信

基于B/S模式的遠程監控終端通過瀏覽器與Web服務器之間的信息傳輸遵循HTTP和TCP/IP協議[9,10]。遠程數據通信過程，參見圖4所示。利用JDBC建立與數據庫的連接時，為了與特定的數據源進行連接，必須加載相應的驅動程序，采用Class.for Name方法加載驅動，用Driver Manager類的get Connection方法建立與數據源的連接，同時在執行SQL查詢語句前要先建立一個Statement對象。

圖4　遠程數據通信過程Fig 4　Communication process of remote data

2.5實時監測的設計

實時監測是遠程監測系統的主要功能，能夠給用戶提供無延遲或延遲較小的最直觀的監測界面。按照面向對象的設計思想，選擇交互圖中的順序圖來描述完成實時監測功能的一組對象之間按照時間順序所發生的交互情況。順序圖中，水平方向表示各個參與交互的對象，垂直方向表示時間，整個圖顯示各個對象之間進行交互的時間及空間關系。實時監測功能的順序圖，參見圖5所示。

圖5　實時監測順序圖Fig 5　Sequence diagram of real-time monitoring

由圖5可知，當遠程監控終端用戶通過Internet向Web服務器遠程監測系統發送實時監測請求時，監測系統查看傳感器的傳感通道和傳感器信息，則可在數據管理器中得到原始監測數據和通過映射關系利用公式得到計算結果，數據處理器向遠程監測系統返回監測結果，最終遠程監控終端用戶可以在遠程監測系統上查看監測結果信息。

3監測系統的實時測試

將FBG遠程監測系統應用于某變電站邊坡監測中，觀察對不同監測對象的遠程監測。登錄進入FBG遠程監測系統主界面后，在監測系統的功能菜單中的選擇監測界面，即可看到不同監測對象的圖標，點擊圖標即可顯示不同監測對象的實時監測數據。邊坡應變樁FBG應變傳感器的實時監測數據、邊坡FBG位移傳感器的實時監測數據，分別參見表2與表3。

該監測系統在數據存儲過程時，自動統計每天傳感器監測數據的平均值，當需要查詢時序曲線時，系統自動查詢時間段內指定監測對象每天傳感器監測數據的平均值來繪制時序曲線圖。在監測系統的功能菜單中選擇時序曲線，

表2　邊坡應變樁FBG應變傳感器實時監測數據

表3　邊坡FBG位移傳感器實時監測數據(mm)

分別查詢2014年11月28日～2014年12月27日，應變樁FBG應變傳感器應變變化的時序曲線圖，參見圖6所示。邊坡FBG位移傳感器位移變化的時序曲線圖，參見圖7所示。

圖6　應變樁FBG應變傳感器應變變化時序曲線Fig 6　Timing sequence curve of strain change of FBG strain sensor in strain pile on slope

圖7　邊坡FBG位移傳感器位移變化時序曲線Fig 7　Time sequence curve of displacement change of FBG displacement sensor on slope

4結論

本文采用B/S結構作為監控系統的基本架構，開發了FBG遠程監測系統，通過該系統在變電站邊坡監測中的應用，分別查詢2014年11月28日～2014年12月27日期間應變樁FBG應變傳感器應變變化的時序曲線圖和邊坡上表面FBG位移傳感器位移變化的時序曲線圖，及時了解到不同監測對象的物理變化量，為工程的安全監測提供了保障。

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Design of remote monitoring system for FBG signal based on B/S mode*

HU Wei1,2,LI Ying-na1,PENG Qing-jun2,LIANG Shi-bin2,ZHANG Shao-quan2,LI Chuan1

(1.School of Information Engineering and Automation,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China;2.Yunnan Electric Power Research Institute, Kunming 650217,China )

Abstract:Use B/S structure as basic architecture of monitoring system and develop remote monitoring system with fiber Bragg grating(FBG),FBG sensor data detected by FBG demodulation system can be viewed on browser interface by accessing Web network.Research results show that physical change quantity of different monitoring objects can be obtained timely by inquiring time sequence curve of strain change of FBG strain sensor in strain pile and time sequence curve of displacement change of FBG displacement sensor on upper surface of slope from November 28,2014 to December 27,2014.Provide basis for security monitoring of projects through remote real-time observing data of sensor.

Key words:remote real-time monitoring;B/S structure;grating demodulation system;fiber Bragg grating(FBG)sensor

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)05—0084—03

收稿日期：2015—09—10

*基金項目：云南省應用基礎研究計劃資助項目(2013FZ021)；國家自然科學基金資助項目(KKGD201203004)

中圖分類號：TP 23

文獻標識碼：A

文章編號：1000—9787(2016)05—0084—03

作者簡介:

胡威(1987-)，男，河南商丘人，碩士研究生，主要研究方向為測試計量技術及儀器、光纖光柵傳感器等。