【摘 要】
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随着我国城市化进程的加快,城市基础设施日益完善。特别是大型基础设施,如铁路、隧道、桥梁等的结构健康监测,已经成为一个行业,其中地基沉降问题是一项重要内容。因而对地基沉降的监测手段,也呈现出多样化与层次化的实际需求。但从大的类别可以粗略的分为:施工期与服役期的地基沉降监测,本论文关注的是后者。服役期沉降监测一般是定期的常规巡检与特定沉降区域的评估监测相结合,随着物联网技术的发展,这两方面都向着自动化
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随着我国城市化进程的加快,城市基础设施日益完善。特别是大型基础设施,如铁路、隧道、桥梁等的结构健康监测,已经成为一个行业,其中地基沉降问题是一项重要内容。因而对地基沉降的监测手段,也呈现出多样化与层次化的实际需求。但从大的类别可以粗略的分为:施工期与服役期的地基沉降监测,本论文关注的是后者。服役期沉降监测一般是定期的常规巡检与特定沉降区域的评估监测相结合,随着物联网技术的发展,这两方面都向着自动化、智能化、远程等现代化的监测方法发展。本论文就是在这个需求背景下开展的,针对本实验室开发的光纤白光迈克尔逊干涉地基沉降监测系统（fiber-optic white light Michelson interference ground settlement monitoring,FIGS）的小型化、便携性、成本、多通道复用等问题,基于现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）,对光纤白光迈克尔逊干涉地基沉降系统进行仪器化。论文的主要研究内容:（1）基于FPGA技术实现多通道光纤白光干涉地基沉降传感的数据采集与处理,在Verilog HDL语言开发环境下,实现FPGA系统串口数据传输模块、控制指令模块、滤波模块、数据存储模块、白光干涉寻峰模块、时钟模块等的设计。（2）在寻峰模块设计中提出了位置平均法与质心算法两种寻峰算法,这两种算法相结合可以在白光干涉峰出现较大畸变情况下,依然保持沉降监测的精度。实验表明,对多次50μm标准位移测量误差最大为3.71μm,体现出算法对系统稳定性提高的有效性,使该系统满足地基沉降监测的特等精度指标。（3）为实现地基沉降监测系统的小型化、低功耗、成本控制等,设计了该传感系统专用的数据采集与处理硬件板卡。该硬件板卡主要包含FPGA核心模块、串口模块、AD模块及电源模块。通过波形发生器验证,该硬件板卡可正常工作。且经测试,使用该硬件板卡的光纤白光迈克尔逊干涉地基沉降监测系统平均功耗仅为23W。
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