海洋平台检测的无线低频振动传感器设计与验证

海洋平台是海上石油资源开发的基地,对其进行低频振动检测获得振动数据是判定结构损伤的基础.基于此,开发了一种应用在海洋平台结构中的无线低频振动传感器与采集系统.首先,采用模块化方法研制了无线低频振动传感器,并详细阐述了低频加速度传感器的选择与电源电路等模块的设计;其次,完成了无线低频振动传感器的嵌入式程序与主控端PC机上采集软件设计;最后,在振动台上完成了海洋平台振动无线测试模拟实验.实验结果表明：设计的无线振动传感器具有精度高、布设容易、低频性能好、可靠性高等特点,适用于海洋平台的低频振动快速检测.     

基于无线传感器网络的桥梁结构健康监测

对于大跨度桥梁的结构健康监测,传统的人工检测方法存在主观性强,整体性、时效性差等不足.目前广泛使用的有线健康监测在应用中也存在着布线难,系统易受环境影响等困难.利用无线传感器网络技术对桥梁结构健康状态进行监测,不仅保留了有线健康监测的优点,而且弥补了其在应用中的不足.文章首先对整个系统的组成进行了说明,接着分别对无线传感器网络节点以及基站的组成和作用进行了说明.在此基础上,提出温度漂移对无线传感器网络节点的加速度传感器输出的影响,并对如何利用温度补偿技术来校准加速度传感器的输出值进行了探讨,且给出了数据校准前和数据校准后的对比图.接下来,提出节点时钟同步的必要性,并对网络的时钟同步原理进行了探讨.在润扬长江大桥锚索上安装无线传感器网络节点,利用节点采集锚索的振动信息,并将其发送到基站节点.经数据分析可以得出锚索的振动频率,根据振动频率,便可以分析其受力情况,最终可以判断桥梁的结构健康状态.     

海洋平台振动采集的超低频无线传感器设计

海洋平台结构体积庞大、构造复杂、造价昂贵,所处的服役环境恶劣,对海洋平台振动响应进行快速检测、分析、诊断和维护,已成为平台安全运营的必要措施和手段.本文结合无线传感器网络和数据挖掘技术,进行了平台快速检测超低频无线传感器的设计:首先,分析了平台振动测试超低频、快速性的要求;其次,采用模块化方法,完成了超低频传感器机理分析、微处理系统、无线系统、电源管理系统的设计,并集成为无线加速度传感器节点;最后,分析了节点软件功能,采用数据挖掘分类和预测方法来加以实现.所设计无线加速度传感器节点,具有超低频、高分辨率的特性,能够满足海洋平台结构振动响应数据的精确和快速测量与诊断需求,具有很好的应用前景.     

基于无线传感网的桥梁结构健康监测系统测试平台设计

桥梁结构健康监测目前越来越受到重视和关注.本文提出了一种基于无线传感器网络的桥梁结构健康检测系统的测试平台设计方案.对该测试平台设计方案的仿真结果表明,在桥梁结构健康监测系统的调试和探索阶段,用带有能为传感器节点提供能量和有线通信的网关节点的分层传感网系统来替代一个只配备大容量电池的简易无线传感器网络是可行的。     

连续箱梁刚构桥静载试验与分析

桥梁静载试验是桥梁质量检测中不可缺少的重要手段,通过对非洲金沙萨至马塔迪公路MPOZO大桥静载试验,详细介绍了试验荷载及测点的布置情况和测试结果,并对试验结果和MPOZO大桥的性能进行了分析,为大桥的运营和养护提供了基础数据,并可供同类桥梁检测参考。     

润扬大桥结构健康监测策略

对建立大跨桥梁结构健康监测系统的关键问题--大跨桥梁结构健康监测策略进行了分析研究,阐述了大跨桥梁结构健康监测项目的选择依据、传感器优化布设的原则与主要依据、传感器选择的原则等.提出了综合考虑大桥的结构特点和各个方面对系统功能的要求,通过费用-效益比分析,确定长期监测和周期检测内容的项目选择原则.关于传感器的布设,提出了遵循从状态评估的需要出发,以有效和经济为目标,使测点能够发挥最大效应的原则,综合结构安全评估、传感器布设优化理论等因素进行优化布设的方法.在有限元分析的基础上,应用遗传算法进行了润扬大桥结构健康监测系统振动和应变传感器优化布置的理论分析.然后进行了润扬大桥结构健康监测传感器系统的总体设计.     

桥梁结构全息模态参数识别方法试验研究

针对传统桥梁结构健康监测中使用的接触式传感器存在数据离散性大、安装程序繁琐、难以反应桥梁结构整体状况等局限性,本文基于全息视觉传感器智能监测系统,识别结构全息几何形态在相应时空域上的振动信号,较为准确的获取结构全息图像数字化位移坐标信息,同时针对提取的振动位移进行频谱分析,获取桥梁结构的模态参数,实现对桥梁状况的基本识别。本文对一座缩尺模型桥进行试验验证,研究结果表明：全息视觉传感器智能监测系统测试结果与位移传感器测试结果吻合度较高,针对竖向荷载响应的功率谱,两种方法实测结果在低频范围内都能够较好地吻合,振型变化趋势基本一致。基于全息视觉传感器智能监测系统的桥梁形态监测真实、连续、敏感,较为准确地反映了结构在各工况下的位移变化和模态响应,后期将会进一步优化全息视觉传感器监测系统识别灵敏度,实现在各种工况激励下的高阶模态参数和结构损伤识别。     

小湾大桥荷载试验

通过对小湾大桥的荷载试验,测试其最不利荷载下桥梁的应力(应变)、挠度,以此推断桥跨结构的强度和刚度;针对桥梁荷载试验的重要性,总结了桥梁进行荷载试验的条件,详细介绍了桥梁静载试验的目的、内容和过程,指出在进行桥梁荷载试验时,应将理论和实际充分结合起来,从而对桥梁做出准确的评估。     

基于无线传感器网络的斜拉桥模型动力特性分析

通过建立斜拉桥模型的振动试验系统,探讨利用无线传感器网络进行斜拉桥模型结构动力特性研究的可行性。以有线加速度传感器试验系统为参考,使用特征系统实现算法和频域分解法对无线传感器网络实验数据进行了结构模态参数识别,提取的模态参数与有线试验分析结果基本一致。基于Imote2节点的无线传感器网络采集的数据可靠,传输过程无数据丢失现象,表明该无线传感器网络可应用于桥梁结构动力特性试验研究。试验所用斜拉桥模型基本振型为主梁竖向弯曲,模态比较密集,符合斜拉桥特性。     

基于ZigBee的中小桥梁监测系统设计

我国中小桥梁结构监测与大型桥梁相比存在资金不足、技术落后、数量众多、管理不完善等问题。针对这种情况,文章采用低功耗ZigBee芯片和SimpliciTI网络协议结合各种传感器,设计了一套适用于中小桥梁结构健康监测的实验系统。该系统可完成桥梁结构中应变、位移、振动等主要参数的快速采集、无线传输和上位机显示等功能,具有低功耗、低成本、低复杂度和简单实用等特点,非常适合我国目前中小桥梁结构健康监测。     

基于应变式传感器的桥梁无线测试系统的试验

在总结国内外无线检测技术的基础上,提出了一种基于应变式传感器网络化的桥梁无线测试系统,主要用于大型桥梁结构的检测或土木工程领域的健康监测.阐述了桥梁无线测试系统的各组成单元,给出了主要单元的基本原理及框图,并对各组成单元进行了集成.在可靠的通信协议下,通过主控软件,实现了以无线方式进行主控节点和各远端数据采集节点之间的数据传输,并对无线系统进行了对比试验研究.研究结果表明,该无线系统具有安全、高效、可靠、精度高、稳定性强、无须借助现有的通信网络、成本低、适应性好等优点.     

关头坝大桥振动监测系统

为了对关头坝大桥的结构健康状态和安全寿命作出正确评估,如实反映大桥的结构安全状态和运营安全信息,建立了桥梁振动监测系统.通过对大桥进行结构危险性分析,确定7个监测断面,布置14个3轴加速度传感器.设计了关头坝大桥振动监测系统数据采集及传输模块,此模块由12位精度模数转换芯片、89C52、RS232、DS1216等芯片组成,完成一次数据采集共需约5 ms.设计了大桥数据采集与分析管理系统,可对监测数据进行分析评估,为桥梁的养护、维修与管理提供决策.监测数据结果表明:桥梁振动监测系统可以实时地对桥梁结构状态进行监测与评估,为大桥在特殊气候、特殊交通条件下或运营状况严重异常时触发预警信号.目前,该系统正在为大桥的运营、管理和维护提供决策依据,对确保大桥的安全运营发挥着重要作用.     

江心洲大桥运营监测技术流程与研究

为掌握运营阶段桥梁工作状况,对江心洲自锚式悬索桥运营监测过程中全桥各部件的测试技术及流程进行了系统说明,并对吊索力、主缆内力、全桥动力特性、主缆主梁线形及索塔偏位等的测量结果进行分析.结果表明:各项测试值均与设计值较为吻合,桥梁结构处于正常工作状态;吊索面内振动受桥面车辆荷载影响较大,根据拉索面外振动可以更好地确定拉索基频,从而准确测出拉索内力;无线传感器应用于运营阶段全桥动力特性测试具有方便快捷、准确性高等优点.     

无线三轴振动测试系统的设计

目前我国对于发动机振动参数的故障检测技术仍采用传统的人工经验与技师测试的方法，在检测过程中 存在一定的主观性问题。针对此现象设计了一种基于微机电系统(MEMS: Micro-Electro-Mechanical System)加 速度传感器和蓝牙无线通信的无线三轴振动测试系统，并配备有上位机，可以用于发动机的故障检测与状态诊 断。首先通过安装在发动机外侧的传感器得到振动曲线; 然后通过无线模块发送至相应的上位机中，继而进行 相应振动参数的判断，确定发动机的运行状态。经过振动系统测试和实际现场实验表明，该无线三轴振动测试 系统性能指标满足发动机振动检测要求，能应用于发动机在线故障的监测和故障诊断，同时，设计的无线三轴 振动测试系统具有易安装、测量快速准确等特点。     

无线传感器网络及其应用研究

无线传感器网络能实时监测、感知、采集和处理各种监测对象信息,已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一。本文主要介绍了无线传感器网络的概念、结构、及在一些领域的应用情况,并对无线传感器网络未来的发展情况进行了展望。     

无线传感器骨干网络路由算法

针对当前无线传感器骨干网络路由算法无法平衡能耗和数据传输之间的矛盾, 导致无线传感器骨干网络路由的数据传输时延较大, 无线传感器网络吞吐量较小的不足, 以提高无线传感器网络整体性能为目标, 设计一种新的无线传感器骨干网络路由算法. 首先分析无线传感器网络的工作原理, 并建立相应的路由模型; 然后引入机器学习算法对无线传感器骨干网络路由中的无线传感器节点能量进行实 时预测, 选择能量大的无线传感器节点进行数据传输, 构建能量消耗最小的无线传感器骨干网络路由; 最后与其他无线传感器骨干网络路由算法进行对比测试. 测试结果表明, 该算法的无线传感器骨干网络路由能耗较小, 无线传感器网络数据传输可靠性高, 加快了无线 传感器网络数据传输速度, 无线传感器骨干网络路由整体性能明显优于其他对比算法.     

基于分布式无线智能传感器网络的结构模态识别

利用美国伊利诺伊大学结构健康监测项目组研制的ISM400无线智能传感器,分别采用分布式和集中式数据采集方法,对一个简支层压板进行了振动测试试验.采用自然环境激励技术(NExT)和特征系统实现算法(ERA)相结合的一种时域联合算法,仅利用输出信号对结构模态参数进行识别,并将识别结果与有限元模型的计算结果进行了对比分析.根据分布式与集中式两种数据采集处理方法识别的振动频率和模态振型,与有限元数值模拟结果吻合较好,验证了基于分布式数据采集的无线智能传感器网络在结构模态识别中的可行性.在大型土木工程结构需要布置大量传感器时,分布式无线智能传感器网络因其高度集成化和节约电源等优点,比采用传统的集中式数据采集方法更加高效实用.     

基于振动测试的大跨桥梁损伤检测

文章将基于振动测试的大跨桥梁损伤检测分为 4个阶段 ,介绍了大桥损伤检测中的振动测试和有限元模型建立 ,着重讨论了几种常用的损伤检测方法 ,包括损伤指标法、反分析法、模式识别法和异常检测法 ,并对其进行了比较分析 ;对现有损伤检测方法用于大跨桥梁存在的一些问题 ,指出了今后的研究方向     

基于Contiki的无线传感器网络的6LoWPAN子网和互联网互联研究

无线传感器网络是物联网的重要组成部分,主要通过传感器感受外界环境,同时将测量参数通过无线媒介传递给后台服务器,并且传感器节点之间可以组网完成数据路由功能.传统的IP协议栈并不适合资源和能量受限的无线传感器节点,6Lo WPAN技术主要完成IPv6互联网与无线传感器网络之间协议和数据的转换.通过在传感器节点和嵌入式网关中间引入Contiki操作系统以及合适的IPv6协议栈可以很好地实现无线传感器网络和Internet的互联.实现了基于Contiki的CC2530网关节点的u IP协议栈,并设计了UDP通信协议,针对设计方案搭建合理的测试环境,并采用PING命令进行了连通性测试实验.     

基于上部结构振动响应的杭州湾大桥桥塔冲刷状态分析

提出了一种基于上部结构振动响应的桥塔冲刷状态分析方法.该方法首先基于理论分析得到的冲刷敏感模态确定传感器布置方案,进而对环境振动(大地脉动)下的桥梁结构加速度数据进行多次采集,并通过对实测数据模态分析得到相应的模态参数变化.通过对比跟踪桥梁上部结构不同构件、不同模态的动力特征变化,对桥塔冲刷发展状态进行评估.在杭州湾大桥桥塔冲刷评估中完成了该方法的实桥应用,对不同构件与模态形式的冲刷敏感程度进行了分析,并利用水下河床三维量测对该冲刷动力评估方法的准确性进行了验证.结果表明,该方法在实际应用中,跟踪上部结构振动响应可以准确高效地识别出桥塔冲刷发展的状态,选择低阶振型或桥塔构件进行跟踪对桥塔冲刷发展更为敏感,且具有经济、便利、无需水下操作的特点.该方法可避免传统冲刷检测技术中常见的水下安装作业,实现桥梁冲刷发展状态的快速诊断,并可融入常规的桥梁检测项目中.