基于射頻能量收集的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測能合理規(guī)避結(jié)構(gòu)損傷帶來的危害，對保障人民生命和財產(chǎn)安全至關(guān)重要。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測大多依靠手動部署數(shù)據(jù)采集儀實現(xiàn)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的測量，成本高且效率低。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)無線、直觀的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，但系統(tǒng)均采用電池供電，嚴重限制了網(wǎng)絡(luò)壽命和應(yīng)用場景。為了解決目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集不便、節(jié)點壽命有限等問題，本文基于射頻能量收集技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了一種可充電結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，具體研究內(nèi)容和貢獻有以下三點:
　　1.系統(tǒng)闡述

2、了可充電結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的宏觀架構(gòu)及組成部分，并對核充電、低功耗通信、應(yīng)變測量和云端存儲等核心模塊設(shè)計進行詳細說明。針對實時應(yīng)用場景，考慮節(jié)點低功耗與高采樣頻率，提出系統(tǒng)設(shè)計思路。并從能量獲取、存儲和利用三方面說明系統(tǒng)設(shè)計難點及解決方法，為可充電結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)提供了詳細的理論指導(dǎo)與實踐方法。
　　2.在鋼結(jié)構(gòu)架設(shè)過程中，監(jiān)測系統(tǒng)需實時返回數(shù)據(jù)，節(jié)點功耗必須盡可能低以保證較高的采樣頻率。本文基于被動式RFID通信設(shè)計了

3、兼容商用閱讀器的超低功耗無線監(jiān)測節(jié)點，并使用RFID閱讀器、接入無線網(wǎng)絡(luò)的路由器自行設(shè)計了匯聚節(jié)點和云端存儲與本地展示平臺，搭建了完整的超低功耗結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變和溫度數(shù)據(jù)的實時獲取、存儲及展示。
　　3.搭建實際的測試平臺對所設(shè)計系統(tǒng)的能量收集性能、節(jié)點能量消耗性能、傳感性能和無線通信性能進行評估分析。通過實驗數(shù)據(jù)分析了射頻能量收集傳感節(jié)點的能量收集效率提升方法，系統(tǒng)測試結(jié)果表明系統(tǒng)能可靠穩(wěn)定的工作，實現(xiàn)了高效的