基于Visual Basic的光纤光栅解调仪测试软件的设计李桂平等基于Visual Basic的光纤光栅解调仪测试软件的设计李桂平，叶宗顺，王军涛，刘果，邹念椿（国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏省南京市 210003）摘要：基于Visual Basic开发平台编写了光纤光栅解调仪的测试软件，运用了ACCESS数据库来保存软件设置与保存数据，使用NI公司的图形控件CWGraph来显示测量波形、使用DiDaGrid表格控件来显示实时测值与传感器信息，使用了质心法来计算波形的中心点，试验证明，该软件运行稳定、显示界面美观、采取的算法计算的波长重复性可达1pm。
关键字：Visua Basic，图形控件，表格控件，质心法0 引言光纤光栅（FBG）传感器是利用Bragg波长对应变、温度、应力的敏感特性而制成的一种新型的光纤传感器，在大坝及工程检测具有极其广泛的用途，光纤光栅（传感器除了具有传统电类传感器的功能外，它还具有分布传感、抗电磁干扰、精度高、长期稳性好、易于布设等优点，有多种技术可用于FBG波长的解调,主要有如下几种类型:匹配滤波法、边缘滤波法、干涉法、可调谐F-P滤波法[1]。
其中,可调谐F-P滤波滤波法可以直接将波长信号转换成电信号,并且具有体积小、价格低、灵敏度高、光能利用率高、操作简单等优点,是一种适合工程实际应用的波长解调方法。
光纤光栅解调仪测试软件是光纤光栅解调系统的重要组成部分，软件与解调仪以TCP方式接收解调仪采集的数据，完成传感器的识别、传感器的波长解算、采集波形的显示以及测量数据的存储与处理。
1 软件开发目的与开发平台的选择1.1 开发解调仪测试软件的目的接收解调仪传输的测量数据，计算光栅的中心波长以及对应传感器的物理量，显示测量曲线，显示测量的实时数据以及历史数据，用数据库保存测量数据以及设置信息，数据导出功能，传感器距离修正功能，显示报警及异常信息。
1.2 开发平台的选择Visual Basic是微软公司推出的可视化编程工具之一，是目前世界上使用最广泛的程序开发工具。
它具有开发速度快，简单易学等特点[3]。
通过API函数的调用，再使用一些外部控件，完全可以满足测试软件功能的需求，所以选用Visual Basic作为软件开发平台。
Microsoft Access是一种关系式数据库，适合于数据量少的应用，在处理少量数据（小于50M）和单机访问的数据库时效率很高，并且使用Access数据库简单可靠，所以测试软件的数据库选用Access。
2 软件的主要功能软件启动时，将自动从数据库中读取解调仪内部波长基准的标称值、传感器的设置信息、解调仪的设置信息等参数调入内存，根据功能需求，测试软件包括以下几个工作界面。
12010全国水电自动化技术学术交流研讨会论文集2.1 软件设置界面软件设置界面可以设置解调仪的物理地址、IP地址和端口号，连接超时时间；设置各个通道的检测波形为波峰或波谷；设置数据保存方式为手动保存或者自动保存以及自动保存时间间隔。
2.2 测试主界面Visual Basic 6.0虽然有图形功能，但功能简单，并且画图消耗的时间很长，而本软件的测试曲线2秒就需要刷新一次，所以选用了美国国家仪器（NI）公司的Measurement Studio CWGraph 6.0 control。
这个控件功能强大，能够显示各种图形和曲线，而且使用极其方便。
测试主界面以图形方式显示测试波形曲线，在波峰显示出中心波长，当该波峰对应的光栅设置成传感器时，在波长上方显示波长对应物理量；由于测量四个通道，显示曲线会有重叠，所以使用复选框进行有选择的显示。
以不同的颜色区分测量通道。
因Visual Basic 6.0的表格功能欠缺，且编程操作烦琐，为方便以表格方式显示波长与传感器信息，选用北京金甲虫公司的DiDaGrid表格控件，DiDaGrid表格控件美观大方，使用简便，支持数据库绑定、快速创建报表、支持10种单元格控件、格式化单元格、表列自动排序、合并、任意边框线、自适应单元格大小、树型单元格、打印、预览、导出EXCEL、自定义文件储存等等功能[2]。
波长测值页面以列表方式显示最近一次测量的4个通道的光栅的中心波长，并且可以将其中的波长对应的光栅编辑成传感器。
传感器页面中用表格显示每个通道的传感器信息，包括其属性、测值上限、测值下限、报警上限、报警下限、当前测值、当前波长，另有一个图形框显示当前选中的传感器的过程曲线。
2.3 传感器界面传感器界面可以设置传感器ID号、名称、属性、所属通道、测值上限、测值下限、报警上限、报警下限、当前测值，设置传感器由波长值到其对应物理量的转化公式3 关键技术3.1 任意公式输入技术在自己设计的应用程序中输入数学公式是比较困难的，VB提供了两种方法可以简便的计算一个公式表达式的值，一种是引用VBScript库，一种是使用动态链接库"vba6.dll"的API函数EbExecuteLine，但是"vba6.dll"中函数不能脱离Visual Basic 6.0的编译环境运行，所以引用VBScript 库来实现公式运算，具体方法如下在“工程|部件”中将Microsoft Script Control 1.0打勾应用,并在工具栏内将Script Control加入窗体，命名为ssVBScript，再定义一个布尔类型的值computeflag，computeflag为true，说明公式正确，computeflag为true，说明公式错误。
具体代码如下：Public Function Expression (s As String, x As Double) As DoubleDim s1 As StringOn Error GoTo errssVBScript.ExecuteStatement " x = " & Str(x)s1 = ssVBScript.Eval(s)Expressionx = CDbl(s1)computeflag = TrueExit Functionerr:2基于Visual Basic 的光纤光栅解调仪测试软件的设计 李桂平 等3computeflag = FalseExpressionx = 0End Function3.2 Access 数据库压缩技术Access 数据库有个明显的缺点，当数据库中数据没有增加，仅仅是进行更新操作都是使得数据库占用空间增大，从而使得数据库的访问速度越来越慢，所以需要定期对数据库进行压缩操作，在软件运行中我们可以使用DAO 对象对ACCESS 数据库进行压缩。
使用DAO 之前需要在“工程|部件”中将Microsoft Dao 3.6 Object Library 选中，压缩数据库的方法：先将需要压缩的数据库压缩到一个临时数据库temp.mdb 中，然后将原先的数据库删除，再将temp.mdb 重命名为原来的数据库名。
Public Sub CompactDB （filename as String ）Dim Pathstr, datafile, Tempdata As StringDim dbE As New DAO.DBEngineComPactflag = 0Pathstr = App.PathIf right(Pathstr, 1) <> "\" Then Pathstr = Pathstr + "\"datafile = Pathstr + filenameTempdata = Pathstr + "temp.mdb"If Dir(Tempdata) <> "" ThenKill TempdataEnd IfIf Dir(datafile) = "" ThenMsgBox "数据库不存在！", vbExclamation + vbOKOnly, "提示"Exit SubElsepactDatabase datafile, TempdataKill datafileName Tempdata As datafileEnd Sub3.3 中心波长算法在基于可调谐滤波的波长解调技术中，由于F-P 腔具有蠕变性和回滞性等特点，所以采样得到的光强信号是一个有毛刺的曲线，光栅反射波形的波峰部分同样存在毛刺，所以中心波长的计算就不能采用峰值检测法，我们选用质心法来计算中心波长。
质心原理是根据力矩平衡原理推导出来的，密度均匀的物体各点的质量对某一轴产生的力矩和等于其所有质量集中在某一特定位置时对这个轴的力矩，此特定位置就是物体的质心，可以用公式表示为：,xdm ydm x y dm dm ==òòòò （3.1）光栅反射波形曲线可以看作是具有一定质量的曲线，曲线上各点的强度I 对应于物体的质量m ，把波长0l l =作为轴的位置，曲线各点相对0l l =轴的波长对应质心方程中的x ，则扫描曲线在l 方向相对于0l l =轴的质心坐标可以用类似上式的公式表示为：2010全国水电自动化技术学术交流研讨会论文集4 i i i dI I I dI l l =»òååò （3.2）由公式3.2可见，AD 采样后输出的I 对某一个波峰而言是0l l =的偶函数，所以光强曲线的质心位置就在0l l =处，即质心所在位置的波长0l 就是传感光栅的布拉格波长l 。
采用这个算法，波长重复性可达1pm 。
4 结论光纤Bragg 光栅波长解调技术是光纤光栅传感器实用化的关键，针对工程应用，基于可调谐F-P 滤波滤波法研制了高精度光纤光栅解调仪，基于Visual Basic 编写了光纤光栅解调仪测试软件，波长解调范围为1525～1565nm ，精度3pm ，分辨率1pm 。
经长期实验证明,该解调仪具有很好的可重复性和稳定性，测试软件运行稳定可靠，可适应大坝及工程检测行业的使用需求。
参考文献[1] 张洪波,黄海,沈竹.光纤Bragg 光栅传感器的解调方法[J].传感器世界 ,2004(2):26-30.[2] 北京金甲虫软件有限公司.滴答表格企业版开发手册.[3] 仲维俊,等.Visual Basic 6.0完全自学手册.机械工业出版社,2006.作者简介李桂平,E-mail: liguiping@基于Visual Basic的光纤光栅解调仪测试软件的设计作者：李桂平， 叶宗顺， 王军涛， 刘果， 邹念椿作者单位：国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司,江苏省南京市 210003本文链接：/Conference_7393545.aspx。
