【正文】 DAQmx停止任務(wù)節(jié)點來停止數(shù)據(jù)采集任務(wù)，最后在循環(huán)外使用DAQmx清除任務(wù)節(jié)點來清除數(shù)據(jù)采集任務(wù)，并創(chuàng)建一個錯誤輸出簇顯示控件，用于顯示錯誤。除此之外，PCI6115還有2路12位模擬輸出、2個24位計數(shù)器/定時器和8條通用數(shù)字I/O線，適合于更多的應(yīng)用。它是將外界存在的溫度、壓力、流量、位移以及角度等物理量，應(yīng)用非電量電測技術(shù)轉(zhuǎn)換成電信號模擬量（Analog Signal），然后再轉(zhuǎn)換為計算機所能識別和處理的數(shù)字信號（Digital Signal），最后將這些收集到的數(shù)字信號通過計算機的進一步記錄、處理、傳輸與顯示的過程。此外，常用的數(shù)據(jù)處理語言包括C、MATLAB等，但由于C、MATLAB程序效率低、實時性差，因而不容易產(chǎn)生理想的實驗效果。結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)流框圖程序是LabVIEW的核心，是實現(xiàn)程序功能的關(guān)鍵部分。程序前面板相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的控制面板，用于設(shè)置輸入?yún)?shù)和觀察輸出結(jié)果，程序前面板上的每一個控件都對應(yīng)著一段方框圖程序。它還提供了大量與外部代碼或軟件的通信機制，尤其是與各種專業(yè)工具箱的結(jié)合使用，使虛擬儀器的數(shù)據(jù)處理能力更大加強。光強經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。又光纖中傳播波導(dǎo)的波長，則傳播常數(shù)為： （319）由（318）、（319）兩式容易看出，當(dāng)光纖的直徑發(fā)生變化時，將會改變光纖波導(dǎo)的波長。上式可近似為： （33）由應(yīng)變理論和彈性效應(yīng)原理可知：當(dāng)受到外界振動壓強作用時，單模傳感光纖會產(chǎn)生一定的相位差。在相位調(diào)制型光纖傳感器中，相位調(diào)制是通過光纖干涉儀的敏感光纖作為相位調(diào)制元件，將敏感光纖置于被測量的能量場中，由于被測場與敏感光纖的相互作用，導(dǎo)致光纖中光相位的調(diào)制。 本章小節(jié)本章主要介紹了分布式光纖傳感器的基本原理和特點，對分布式光纖傳感器進行了分類和比較，簡單的介紹了反射法中的幾種分布式光纖傳感器。（2）Sagnac干涉技術(shù)l Sagnac環(huán)境的兩束相向光是在同一根光纖中傳播的，因此在沒有擾動的情況下，光程是一樣的。根據(jù)這一原理即可測得作用在光纖上振動情況[[] 羅強. 基于Sagnac環(huán)的光纖圍欄報警系統(tǒng)研究：[碩士學(xué)位論文]. 武漢： 武漢理工大學(xué)，2008]。由于本課題所研究的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)也正是基于干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)，下面將對干涉儀中所使用的典型干涉技術(shù)做詳細介紹和比較。探測器和電路的熱噪聲、散粒噪聲以及光纖內(nèi)部雙折射的擾動也限制了其靈敏度。 基于干涉法的分布光纖傳感器干涉法是利用各種形式的干涉儀或干涉裝置把被測量（如溫度、應(yīng)力應(yīng)變、振動等）對干涉光路中光波的相位調(diào)制進行解調(diào)，從而得到被測量信息的方法。（2）基于自發(fā)拉曼散射的ROTDR傳感器當(dāng)光信號進入光纖時，產(chǎn)生的自發(fā)拉曼散射光波長將相對于入射光波長發(fā)生改變，其中的斯托克斯（Stokes）散射光波長將向長波長偏移，而反斯托克斯（AntiStokes）散射光將向短波長偏移。而連續(xù)波調(diào)頻法屬于光頻域反射技術(shù)，起步較晚，應(yīng)用不廣泛。一般地，分布式光纖傳感技術(shù)具有以下基本特征：（1） 分布式光纖傳感系統(tǒng)中的傳感元件僅為光纖；（2） 整個傳感光纖長度內(nèi)，其探測靈敏度具有一致性，而且靈敏度高，穩(wěn)定性好；（3） 抗雷電、電磁干擾，耐高溫高壓，耐化學(xué)腐蝕，能在易燃、易爆的惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作；（4） 信號處理系統(tǒng)一般具有較高的信噪比，可檢測檢測較微弱的傳感信號；（5） 一次測量就可以獲取整個光纖區(qū)域內(nèi)被測量的一維分布圖，若將光纖架設(shè)成光柵狀，還可以測定被測量的二維和三維分布情況。隨著分布式光纖振動傳感技術(shù)的不斷進步以及安防產(chǎn)業(yè)和智能監(jiān)測的發(fā)展，勢必將在日后的國防工業(yè)和日常生活的更多方面有著更加廣泛地應(yīng)用。在軍事運用方面，在一些重要的軍事基地、監(jiān)獄和國界邊境線上，傳統(tǒng)的防范措施是在這些區(qū)域的外圍周界處設(shè)置一些屏障，如圍墻、柵欄、鋼絲網(wǎng)、視頻監(jiān)控等，并安排人員巡邏。在國內(nèi)，我國對光纖傳感技術(shù)的研究也很重視，1983年召開了光纖傳感技術(shù)的第一次全國會議，并在“七五”規(guī)劃中提出了15項光纖傳感技術(shù)項目，其中有光纖放射線探測儀、光纖位移傳感器、光纖陀螺、集成光學(xué)傳感器、醫(yī)用光纖傳感器、光纖傳感器用的有源、無源器件的研制。 光纖傳感技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀光纖傳感技術(shù)是上世紀(jì)80年代，伴隨著光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的新興技術(shù)，由于具有抗電磁干擾能力強、靈敏度高、電絕緣性好、耐腐蝕、安全可靠、可構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)勢，在航海航天、石油開采與傳輸、儀表儀器、醫(yī)療器械、水利水電、橋梁建筑、核工業(yè)、安全防護等眾多領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景，成為當(dāng)今極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一，國內(nèi)外很多公司和科研機構(gòu)都開展了這方面的研究工作。而且由于只利用一根光纖取代大量的分立傳感器進行測量，大大降低了造價，性價比很高，因此得到廣泛的應(yīng)用。這一預(yù)言，拉開了人類通信史上新的革命的序幕。光纖傳感技術(shù)，集成了在光纖技術(shù)、激光技術(shù)和光電探測等多領(lǐng)域所取得的巨大成就，表現(xiàn)出極具活力的發(fā)展前途，是一個具有廣闊發(fā)展前景的技術(shù)領(lǐng)域。最后根據(jù)所設(shè)計的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)搭建實驗平臺，進行干擾檢測實驗，并通過MATLAB實現(xiàn)對采集信號的分析和處理，以達到檢測干擾信號的目的。相比于其他傳統(tǒng)的傳感技術(shù)而言，有著巨大的應(yīng)用優(yōu)勢，光纖傳感具有可集成度高、動態(tài)范圍大、響應(yīng)頻帶寬、靈敏度極高且不易受電磁干擾的優(yōu)點。上個世紀(jì)來，光纖通信技術(shù)的發(fā)展是日新月異、突飛猛進，大傳輸容量、高可靠性的光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在很多發(fā)達國家和地區(qū)進入實用化的階段。分布式光纖傳感技術(shù)，作為光纖傳感技術(shù)的重要組成部分，由于能獲得被測量在空間和時間上連續(xù)分布，再加上光纖作為傳感元件具有諸多優(yōu)點，是工業(yè)和研究領(lǐng)域同時獲取被測物理參量的空間分布狀態(tài)和隨時間變化信息的重要手段[[] 范志剛，左保軍，張愛紅. 光電測試技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社,.]。光纖傳感技術(shù)就是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門嶄新技術(shù)。在全分布式系統(tǒng)中，作為傳感的光纖上每一點都是感應(yīng)單元，在光纖長度范圍內(nèi)連續(xù)探測，真正做到無盲區(qū)。日本在20世紀(jì)80年代制定了“光應(yīng)用計劃控制系統(tǒng)”7年規(guī)劃，投資達70億美元，規(guī)劃的主要目標(biāo)是解決強電磁干擾和易燃、易爆等惡劣條件下的信息測量、傳輸和全過程控制問題。研究領(lǐng)域主要集中在光纖溫度傳感、壓力傳感、流量、電壓、位移、振動、光纖陀螺以及利用光纖傳感系統(tǒng)對材料和結(jié)構(gòu)的健康狀況進行監(jiān)測等，并已取得了一定的實驗成果，其中相當(dāng)數(shù)量的研究成果具有很高的使用價值，有的甚至達到了世界先進水平。在軍事航空領(lǐng)域，在機翼中埋入分布式光纖振動傳感器，用于動態(tài)振動信號的測試，它既不影響飛行時空氣動力學(xué)性能，又能實時、充分、安全地提供機翼振動信息。第二章 分布式光纖傳感技術(shù)研究 分布式光纖傳感技術(shù)的原理和特點分布式光纖傳感技術(shù)利用光纖同時作為傳感敏感元件和傳輸信號介質(zhì)，應(yīng)用光纖幾何上的一維特性，把被測量（如溫度、壓力、磁場、電場、位移等）作為分布光纖位置長度的函數(shù)，在整個光纖長度上對沿光纖幾何路徑分布的外部物理參量進行連續(xù)實時的測量。其中波長掃描法以自然光照射保偏光纖，利用FFR算法來確定模式耦合系數(shù)的分布。光時域反射技術(shù)（OTDR）的原理圖如21所示，由光源發(fā)出的光在沿光纖向前傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生后向散射，后向散射光強在向后傳播過程中會隨著距離增長而按一定規(guī)律衰減，而在光速不變的情況下，距離與時間成正比，因此，根據(jù)探測器探測到的后向散射光強及其到達探測器的時間，就可以知道沿光纖路徑上任意一點的初始后向散射光強。（3）基于自發(fā)布里淵散射的BOTDR傳感器光纖中產(chǎn)生的自發(fā)散射光包括自發(fā)布里淵散射光，而外界的作用將使布里淵散射光將產(chǎn)生頻移，其頻移量與外界作用參量的大小相關(guān)。干涉法分為外差式干涉法和準(zhǔn)外差掃描干涉法，前者當(dāng)分布式參量如應(yīng)力、彎曲等施加到單根光纖上時，在參量施加位置就會發(fā)生模式轉(zhuǎn)換，測出該點的拍幅度，從而獲得被測量的整個信息。后者利用從寬帶體激光器發(fā)出的線偏振光，激勵高雙折射光纖的一個本征偏振模，當(dāng)光纖上某個位置受到外部擾動時，在擾動點偏振模的一部分耦合進入另一偏振模中。當(dāng)有振動而產(chǎn)生的應(yīng)力作用于感應(yīng)光纖上時，會導(dǎo)致光干涉條紋發(fā)生變化，通過光電探測器探測因為干涉條紋變化而引起的光強變化，就能測得作用在光纖上的振動和應(yīng)變[[] 劉波，楊亦飛，牛文成等. ，2004，（4）：208213]。在傳感光纖無擾動時，由1發(fā)出的光將在2端產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉條紋。（3）MachZehnder干涉技術(shù)l 光路結(jié)構(gòu)相對簡單，對光源的相干度要求不高；l 解調(diào)技術(shù)相對簡單，可以簡單地采用光電檢測器直接進行光功率測量；l 檢測靈敏度很高且后續(xù)處理簡單，在探測和信號處理方面，具有抑制光源噪聲和模式噪聲等特點；l 在MachZehnder干涉技術(shù)中，由于采用雙臂干涉結(jié)構(gòu)，因此溫度等環(huán)境的變化作用于傳感光纖上，會引起傳輸光相位的變化，從而使系統(tǒng)的信噪比降低；通過上述的各種干涉技術(shù)的分析和比較，可以看出基于Michelson干涉技術(shù)的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)要求光源的相干長度大于光學(xué)回路的長度，因此，在長距離測量時，需要相干度極高的光源，這對光源的制作要求很高，這在實驗室中比較難以實現(xiàn)。下面具體對系統(tǒng)如何利用馬赫曾德干涉原理作詳細的理論分析。光在長度為的光纖中傳輸，產(chǎn)生的相位延遲為 （31）式中為光在光纖中的傳播常數(shù)為。對于普通的石英材料光纖，其三個基本軸方向的折射率都近似為，因此有： （38）將上式及=帶入（37）中可得： （39）下面討論一下幾種常見情況下引起的相位變化（1）縱向應(yīng)變引起的相位變化在式（32）中，由于第三項比前兩項小的多，因此可以忽略不計，又，則（311）可以簡化為： （310）在縱向應(yīng)變==0時，由于光纖中光的傳播是沿橫向偏振的，因此僅考慮折射率的徑向變化，由式（39）可知： （311）將式（39）、（311）代入式（310）得： （312）（2）橫向應(yīng)變引起的相位變化對于軸向?qū)ΨQ的橫向應(yīng)變又因為此時，若考慮泊松效應(yīng)時，由式（310）可得相位變化為： （313）式中為光纖傳播常數(shù)的應(yīng)變因子。 MZ干涉型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計本課題的目的是設(shè)計一種既能進行長距離傳感，又能很好的檢測出振動信號的干涉型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)。在實際的運用推廣中，只需要在監(jiān)控區(qū)域周圍鋪設(shè)兩條光纖光纜就能保證在長距離范圍內(nèi)對外界干擾信號的實時監(jiān)測。而且它的作用并不局限于虛擬儀器的開發(fā)，還可為大型復(fù)雜測試系統(tǒng)提供通用的軟件開發(fā)平臺[[] 彭勇, 潘曉燁, 謝龍漢. LabVIEW虛擬儀器設(shè)計及分析. 北京： 清華大學(xué)出版社，.]。（1）程序前面板前面板主要由控制控件和顯示控件組成，控制控件用來輸入控制參數(shù)，顯示控件用來顯示測試結(jié)果。點擊相應(yīng)的圖標(biāo)就可以進入到此類函數(shù)的所有子函數(shù)選板，找到所需要的函數(shù)，然后可以用鼠標(biāo)將它拖入程序框圖進行相應(yīng)的編程相接。開發(fā)基于LabVIEW的監(jiān)控軟件的結(jié)構(gòu)主要包含兩個層次：用戶應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動程序。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分采用的是NI公司的PCI6115型采集卡，其外形如下圖44所示：圖 44 PCI6115同步數(shù)據(jù)采集卡外形該采集卡采用同步并行設(shè)計，其特點是擁有大容量的板載SDRAM內(nèi)存，為測量高帶寬信號提供了穩(wěn)定可靠、性能卓越的數(shù)據(jù)采集功能。其綜合技術(shù)指標(biāo)如表41所示：表 41 PCI6115同步數(shù)據(jù)采集卡技術(shù)指標(biāo)通道數(shù)4通道/卡采樣率10MS/s分辨率12bit最大電壓范圍42v, 42v精度范圍211mv靈敏度范圍最小電壓范圍, 精度范圍390uv靈敏度范圍98uv觸發(fā)方式模擬和數(shù)字觸發(fā)數(shù)字輸出8條數(shù)字I/O 分布式光纖檢測系統(tǒng)的設(shè)計模擬信號的數(shù)據(jù)采集過程是通過數(shù)據(jù)采集卡中的多通道型開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)緩存區(qū)等幾個部分將多個通道的模擬信號變化成數(shù)字信號并存儲在緩存中，而計算機通過 LabVIEW中的采集子程序?qū)?shù)據(jù)采集卡中的幾個部分的硬件的進行調(diào)度和控制。這樣便實現(xiàn)了基本的模擬輸入數(shù)據(jù)采集任務(wù)。在程序框圖中，添加一個條件結(jié)構(gòu)將開關(guān)按鈕與條件選擇端子相連。 圖47 濾波器模塊程序框圖 圖48 濾波器模塊前面板 （3）頻譜分析模塊設(shè)計頻域分析可以將復(fù)雜的信號分解成單一的頻率成分，因而一些在時域中很難分析的信號，在頻域中它的特性可以一目了然的看出。選項卡控件如圖411所示。 圖413 波形保存程序框圖 圖414 波形回放程序框圖（6）數(shù)據(jù)記錄模塊的設(shè)計在本課題的數(shù)據(jù)采集控件中，還需要設(shè)計一個數(shù)據(jù)記錄模塊，以便于可以使用MATLAB對所采集的數(shù)據(jù)進行詳細的處理和分析。數(shù)據(jù)處理軟件為基于LabVIEW編寫的處理程序以及基于MATLAB的處理程序。本實驗中使用的光電轉(zhuǎn)換器是一個集成的光電轉(zhuǎn)換器，它需要5V的穩(wěn)定供電電壓，如圖55所示：圖55 光電轉(zhuǎn)換器（5）光電轉(zhuǎn)換器通過NI公司的BNC2110連接器與插在工控機PCI插槽上的數(shù)據(jù)采集卡PCI6115相連接。可在實驗室中搭建如圖58所示的實驗平臺。本實驗中選用無擾動、觸碰、撮動、腳踢光纖四種方式來模擬外界干擾信號，對各種方式的數(shù)據(jù)進行采集和分析。根據(jù)波形圖與無