B/S模式的FBG信号远程监控系统设计*

胡　威，李英娜，彭庆军，梁仕彬，张少泉，李　川

(1.昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500；2.云南电网公司电力研究院，云南 昆明 650217)

B/S模式的FBG信号远程监控系统设计*

胡威1,2，李英娜1，彭庆军2，梁仕彬2，张少泉2，李川1

(1.昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500；2.云南电网公司电力研究院，云南 昆明 650217)

摘要:采用B/S结构作为监控系统的基本架构，开发了光纤Bragg光栅(FBG)远程监测系统。通过访问Web网络可以在浏览器界面查看FBG解调系统检测的FBG传感器数据。研究结果表明:通过查询2014年11月28日～2014年12月27日期间应变桩FBG应变传感器应变变化的时序曲线图与边坡上表面FBG位移传感器位移变化的时序曲线图，能够及时了解到不同监测对象的物理变化量。通过远程实时观察传感器数据信息，为工程的安全监测提供了依据。

关键词：远程实时监控；B/S结构；光栅解调系统；光纤Bragg光栅传感器

0引言

在以往的监测中，光纤Bragg光栅(FBG)传感系统[1～3]只有在作业现场工作才能保证监测系统的稳定性和耐久性，而监控人员不可能长期在现场采集监测数据[4]。为了提高监测的高效性，必须将FBG传感系统采集到的数据高速地传输给远方监控人员。随着传感技术的发展，互联网应用的普及[5]，利用FBG传感器采集数据，并利用互联网上丰富的软硬件资源，可实现对监测对象的远程监测，实现监测系统的智能化，人性化。2006年,武汉理工大学的李斯丹利用光纤传感技术实现了对桥梁索力的远程监测，利用公用电信网PSTN通过Internet实现了现场光纤传感器采集数据的远程传输[6]。2010年,黑龙江大学李彬利用了GPRS模块，通过配置模块的传输接口和通信协议，实现了将远程监测的数据传输到上位机软件，提高了监测效率。

本文基于B/S基本架构，设计了FBG远程监测系统，并对系统进行了测试。

1监测系统结构总体设计

FBG远程监测系统结构由光纤传感数据采集单元、监控终端和Web服务器单元以及网络化远程监控终端单元几部分构成。远程监测系统结构参见图1所示。16个通道的不同中心波长的FBG传感器分别连接到FBG解调系统[7,8]的16个光通道。

图1　监测系统结构图Fig 1　Structure diagram of monitoring system

结合系统开发目标，本系统可划分为后台管理、监测界面、时序曲线、报表管理、报警管理五个功能模块，以及其分别包含的子功能模块。FBG远程监测系统功能框图，参见图2所示。

图2　监测系统功能框图Fig 2　Functional block diagram of monitoring system

2主要结构单元设计

2.1数据库表结构设计

该远程监测系统的核心和基础是数据库的设计，本文数据库的设计选择的是微软SQL Server 2008数据库。计算结果表是用来存储FBG传感器监测的历史信息，表中包含通道编号、传感器编号、测量波长、计算结果等，按等间隔时间将相应的数据存入表中。实时波长表，用来存储FBG解调系统实时解调的FBG传感器中心波长数据，表中包含通道编号、传感器编号、传感器波长等，中心波长数据按等间隔时间自动更新和存入数据库。波长映射表包含通道编号、传感器编号、波长映射等，能根据不同类型传感器的数学公式将FBG传感器中心波长转换为应变、位移、压力等物理量。以计算结果表为例,参见表1所示。

2.2触发器与存储过程设计

触发器是特殊的存储过程，与表事件有关，由表事件触发。该远程监测系统中的触发器能实现实时的监测与数据处理。当系统实时波长表中有数据进入时，通过映射表的传感器波长映射关系，能对传感器的编号、测量时间、传感器测量波长进行解析，再通过触发器根据传感器编号与匹配的传感器计算公式进行结果的计算，最后将计算得到的结果存入计算结果表中。同时，该远程监测系统也定义了

表1　计算结果表

两条存储过程，分别存储每小时、每天FBG传感器监测数据的平均值，为监测系统实现报表功能和监测数据时序曲线趋势分析提供数据保证。

2.3解调系统与监控终端的串口通信

FBG解调系统中的解调模块和光开关模块与监控终端FBG解调系统上位机软件之间的通信是基于RS—232串口协议。解调系统上位机软件利用串口通信控件MSCOMM建立与FBG解调系统之间的通信。实现将FBG解调系统采集的FBG传感器中心波长数据存入到Web服务器的远程监测系统数据库。串口数据采集的流程，参见图3所示。

图3　串口数据采集流程Fig 3　Process of serial data collection

2.4远程监控终端与Web服务器的通信

基于B/S模式的远程监控终端通过浏览器与Web服务器之间的信息传输遵循HTTP和TCP/IP协议[9,10]。远程数据通信过程，参见图4所示。利用JDBC建立与数据库的连接时，为了与特定的数据源进行连接，必须加载相应的驱动程序，采用Class.for Name方法加载驱动，用Driver Manager类的get Connection方法建立与数据源的连接，同时在执行SQL查询语句前要先建立一个Statement对象。

图4　远程数据通信过程Fig 4　Communication process of remote data

2.5实时监测的设计

实时监测是远程监测系统的主要功能，能够给用户提供无延迟或延迟较小的最直观的监测界面。按照面向对象的设计思想，选择交互图中的顺序图来描述完成实时监测功能的一组对象之间按照时间顺序所发生的交互情况。顺序图中，水平方向表示各个参与交互的对象，垂直方向表示时间，整个图显示各个对象之间进行交互的时间及空间关系。实时监测功能的顺序图，参见图5所示。

图5　实时监测顺序图Fig 5　Sequence diagram of real-time monitoring

由图5可知，当远程监控终端用户通过Internet向Web服务器远程监测系统发送实时监测请求时，监测系统查看传感器的传感通道和传感器信息，则可在数据管理器中得到原始监测数据和通过映射关系利用公式得到计算结果，数据处理器向远程监测系统返回监测结果，最终远程监控终端用户可以在远程监测系统上查看监测结果信息。

3监测系统的实时测试

将FBG远程监测系统应用于某变电站边坡监测中，观察对不同监测对象的远程监测。登录进入FBG远程监测系统主界面后，在监测系统的功能菜单中的选择监测界面，即可看到不同监测对象的图标，点击图标即可显示不同监测对象的实时监测数据。边坡应变桩FBG应变传感器的实时监测数据、边坡FBG位移传感器的实时监测数据，分别参见表2与表3。

该监测系统在数据存储过程时，自动统计每天传感器监测数据的平均值，当需要查询时序曲线时，系统自动查询时间段内指定监测对象每天传感器监测数据的平均值来绘制时序曲线图。在监测系统的功能菜单中选择时序曲线，

表2　边坡应变桩FBG应变传感器实时监测数据

表3　边坡FBG位移传感器实时监测数据(mm)

分别查询2014年11月28日～2014年12月27日，应变桩FBG应变传感器应变变化的时序曲线图，参见图6所示。边坡FBG位移传感器位移变化的时序曲线图，参见图7所示。

图6　应变桩FBG应变传感器应变变化时序曲线Fig 6　Timing sequence curve of strain change of FBG strain sensor in strain pile on slope

图7　边坡FBG位移传感器位移变化时序曲线Fig 7　Time sequence curve of displacement change of FBG displacement sensor on slope

4结论

本文采用B/S结构作为监控系统的基本架构，开发了FBG远程监测系统，通过该系统在变电站边坡监测中的应用，分别查询2014年11月28日～2014年12月27日期间应变桩FBG应变传感器应变变化的时序曲线图和边坡上表面FBG位移传感器位移变化的时序曲线图，及时了解到不同监测对象的物理变化量，为工程的安全监测提供了保障。

参考文献:

[1]尚丽平,张淑清,史锦珊.光纤光栅传感器的现状与发展[J].燕山大学学报,2001(2):139-143.

[2]王涛,李川,倪建明,等.基于FBG传感器网络的煤矿巷道在线监测系统设计[J].传感器与微系统,2014,33(5):115-117.

[3]Kersey A D.A review of recent developments in fiber optic sensor technology[J].Optical Fiber Technology,1996(2):291-317.

[4]李彬.光纤光栅远程监测无线网络研究[D].哈尔滨:黑龙江大学,2010.

[5]杜锐.基于光纤光栅传感的结构损伤远程监测系统研究[D].武汉:武汉理工大学,2007.

[6]李斯丹.基于光纤传感技术的桥梁索力远程监测信息系统的研究[D].武汉:武汉理工大学,2006.

[7]李川,张以谟,赵永贵,等.光纤光栅:原理、技术与传感应用[M].北京:科学出版社,2005.

[8]乔文,李刚.一种新型光纤光栅传感器解调系统[J].光电子·激光,2007,18(10):1188-1190.

[9]李国富,聂钢,王瑞.基于B/S模式的远程串行通讯系统的应用研究[J].机床与液压,2003(5):39-41.

[10] 周云科,杨林靖,张恩迪.基于物联网技术的矿井安全监控系统设计[J].传感器与微系统,2014,33(5):102-105.

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

*基金项目：云南省应用基础研究计划资助项目(2013FZ021)；国家自然科学基金资助项目(KKGD201203004)

中图分类号：TP 23

文献标识码：A

文章编号：1000—9787(2016)05—0084—03

作者简介:

胡威(1987-)，男，河南商丘人，硕士研究生，主要研究方向为测试计量技术及仪器、光纤光栅传感器等。