LabVIEW和PXI技术的核电站数字地震监测系统.docVIP

基于 LabVIEW 和 PXI技术的核电站 数字地震监测系统 由 LabVIEW 和 信号处理包完成的地 震信号分析软件主要 功能是：地震信号的 调理、采集、存储、 真伪地震的判定和报 警；设备计算响应谱 和设计响应谱的生成 以及设计响应谱与理 论响应谱的比较，最 后输出完整的地震数 据文件。 - 仲 朔平, 清 华大学核能技术设计 研究院 The Challenge: 应用美国NI公司 LabVIEW系统 开发平台（包信号处 理软件）、先进的 PXI技术和地震动 测量传感器，在较短 时间内，研制成功了 基于虚拟仪器的核电 站数字地震监测系 统，有力地支持了中 国核电站的发展。 The Solution: 应用美国NI公司 LabVIEW系统 开发平台（包信号处 理软件）、先进的 PXI技术和地震动 测量传感器，在较短 时间内，研制成功了 基于虚拟仪器的核电 站数字地震监测系 统，有力地支持了中 国核电站的发展。 Author (s): 查 美生 - 清华 大学核能技术设计研 究院 仲 朔平 - 清华 大学核能技术设计研 究院 孙 万峰 - 清华 大学核能技术设计研 究院 为保证核电站安全运 行和发生地震后对核 电站安全性能的评 价，根据核电站有关 法规的规定，核电站 必须设置地震仪表， 以检测地面运动和抗 震Ⅰ类构筑物等的响 应运动。 应用美国NI 公司 LabVIEW 系 统开发平台（包信号 处理软件）、先进的 PXI 技术和地震 动测量传感器，研制 成功了基于虚拟仪器 的核电站数字地震监 测系统。由于 LabVIEW 强 大的数据处理能力， 丰富的数据表达方式 和高效率，有力地支 持和加快了系统的研 制速度，在较短时间 内，研制成功了核电 站数字地震监测系 统。该监测系统地震 信号处理功能强大， 信息表达丰富、多 样、人机界面友好。 它的主要功能是，实 时监测地震加速度随 时间变化过程，并判 别真伪地震，当地震 信号超过报警阈值 时，显示、记录地震 加速度峰值并向主控 室发出报警信号；采 集记录地震加速度反 应时程数据，计算基 础地面设备加速度响 应谱和设计响应谱， 并与理论设计响应谱 进行比较，以验证抗 震I 类构筑物和设 备的抗震设计是否合 理，或判别是否需要 对某些物项实施地震 后检查。 基础地面设备地震动 测量原理 设一基础地面设备的 单自由度模型如图1 所示： 1/5 对上述方程（7）、 （8）和（9），应 用两阶牛顿向前插值 公式进行数值计算， 最后获得地面设备的 加速度响应谱曲线。 按照ASME规范的 规定，根据计算所得 的加速度响应谱曲 线，按频率± 15% 拓宽加速度 响应谱峰值点，然后 平行连接生成相应的 设计响应谱曲线。 核电站数字地震监测 系统 核电站数字地震监测 系统 ，其主要功能 为： （1）实时监测地震 加速度随时间的变化 过程，并判别真伪地 震信号；当地震信号 超过报警阈值时显 示、记录地震加速度 峰值并向主控室发出 声光报警信号，供值 班人员决策是否发布 警报或者停堆； （2）采集、记录基 础地面地震加速度反 应时程数据，算出地 面设备的加速度响应 谱和设计响应谱，以 了解和验证抗震Ⅰ类 构筑物和设备的抗震 设计是否合理，或判 断是否需要对某些物 项实施震后检查； （3） 显示和打印 采集到的地震加速度 信号和分析获得的数 据、图形，并存储归 档。 系统构成 地震监测系统由美国 NI 公司的 LabVIEW6i、 PXI-1010、 PXIPCI18335、 SCX1102, PXI3031E, MXI-3 、 Signal Processing Suite、三轴向 加速度传感器、工业 控制计算机、激光打 印机构成(图3)。 数字地震监测系统平 台 2/5 ● 数字地震监测系 统面板 数字地震监测系统平 台面板见图4 和图 5 。该系统平台采 用LabVIEW 的标签翻页功能，监 测系统的功能一目了 然，功能之间的相互 关系层次清晰，选用 方便。例如图4 的 面板所示，该监测系 统正处在地震监测功 能下，此时正测量和 显示自由场，－ 15m 和11m各 基础地面三个方向上 的加速度时程，同时 显示加速度的最大和 最小值。图5 显示 的是阻尼ξ为2%时 的自由场、－15m 和11m处基础地面 上的设备的计算地震 加速度响应谱（地震 信号取自同济大学地 震试验台模拟地震信 号）。