結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).pdf

1、隨著人們對(duì)結(jié)構(gòu)安全性重視程度的提高以及各種監(jiān)測(cè)、檢測(cè)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為土木工程結(jié)構(gòu)研究中的重要方向。無(wú)線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由于其小型化、集成化、低維修費(fèi)用、少安裝時(shí)間等特點(diǎn)而成為近年來(lái)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。
　　本文在充分研究傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)整體性態(tài)監(jiān)測(cè)的無(wú)線加速度傳感器集成、結(jié)構(gòu)局部性態(tài)監(jiān)測(cè)的無(wú)線應(yīng)變傳感器集成以及相應(yīng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

2、、網(wǎng)絡(luò)能耗處理、網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.針對(duì)結(jié)構(gòu)整體性態(tài)監(jiān)測(cè)的需要，從設(shè)計(jì)的小型化、低功耗、低成本、高可靠性角度出發(fā)，對(duì)相關(guān)電子器件進(jìn)行了比較、分析、選擇；在此基礎(chǔ)上，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，對(duì)傳感處理模塊、微處理模塊、無(wú)線收發(fā)模塊以及能源模塊分別設(shè)計(jì)、調(diào)試，進(jìn)而集成了基于數(shù)字接口的無(wú)線加速度傳感器節(jié)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)無(wú)線加速度傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)字接口問(wèn)題、校正問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)研究。標(biāo)定實(shí)驗(yàn)表明研制的無(wú)

3、線加速度傳感器能夠滿足土木工程結(jié)構(gòu)加速度測(cè)量的要求。
　　2.針對(duì)傳統(tǒng)應(yīng)變采集設(shè)備體積較大、要求使用導(dǎo)線精度高等問(wèn)題，提出了應(yīng)變監(jiān)測(cè)的無(wú)線采集傳輸系統(tǒng)的方案，并集成了用于局部性態(tài)監(jiān)測(cè)的無(wú)線應(yīng)變傳感器及其采集系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)無(wú)線應(yīng)變傳感器放大處理模塊的集成和測(cè)試進(jìn)行了重點(diǎn)研究。文中提出的基于電阻應(yīng)變片的無(wú)線采集傳輸系統(tǒng)具有小型化的特點(diǎn)，能克服傳統(tǒng)有線采集系統(tǒng)的不足，更適合在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中應(yīng)用。
　　3.針對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感

4、器組網(wǎng)的問(wèn)題，以相關(guān)的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，提出了節(jié)點(diǎn)—子基站—主基站三層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過(guò)主基站，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以同Internet連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)；針對(duì)所提出的三層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以傳統(tǒng)的無(wú)線通信協(xié)議理論為基礎(chǔ)，借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的七層通信協(xié)議，提出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議模型，并重點(diǎn)分析了數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議設(shè)計(jì)。
　　4.針對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能耗問(wèn)題，分析了能耗影響因

5、素，并從節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)角度提出了節(jié)能措施。在節(jié)點(diǎn)方面，采用硬件、軟件以及軟硬件協(xié)同措施來(lái)減少能量消耗；在網(wǎng)絡(luò)方面，以無(wú)線傳感器的能量為參量，提出一種改進(jìn)的螞蟻路由算法，并進(jìn)行能耗仿真分析。研究表明，所提出的節(jié)能策略在一定程度上可以減少能量損失，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間。
　　5.完成了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多項(xiàng)試驗(yàn)研究。無(wú)線應(yīng)變傳感器對(duì)鋼筋混凝土梁在靜荷載作用下應(yīng)變變化情況進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了融合處理，試驗(yàn)結(jié)果表明無(wú)線應(yīng)變傳感器及

6、其測(cè)量系統(tǒng)能夠完成對(duì)鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)的局部性態(tài)測(cè)試；利用無(wú)線傳感技術(shù)對(duì)裝配減擺控制系統(tǒng)的大型起重鋪管船吊鉤模型的擺動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試分析，表明用無(wú)線技術(shù)能夠正確監(jiān)測(cè)到大型起重鋪管船吊鉤擺動(dòng)情況，并驗(yàn)證了所提出的減擺控制模型系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)吊鉤減擺的目的；對(duì)海洋平臺(tái)模型在冰激振作用下、對(duì)超高層建筑深圳地王大廈在臺(tái)風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)總體變化情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果顯示無(wú)線加速度傳感器及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠正確地反映海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)和超高層建筑結(jié)構(gòu)的整體性態(tài)。