基于無線傳感器與虛擬儀器技術(shù)的SHM系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來，越來越多的先進(jìn)技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中得到重視和應(yīng)用，其中隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、無線通信、儀器儀表和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的無線傳感器技術(shù)以及虛擬儀器技術(shù)得到了許多領(lǐng)域科研人員的特別關(guān)注。本文研究了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)制作了無線壓電傳感器，開發(fā)了基于虛擬儀器的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測評估軟件，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 1.針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的不足，提出了一種基

2、于無線傳感器和虛擬儀器技術(shù)的新型的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。
　　 2.針對目前國內(nèi)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器只能用來采集結(jié)構(gòu)的加速度、應(yīng)力、環(huán)境溫度等物理量，最大采樣頻率僅為1kHz的現(xiàn)狀，利用模塊化設(shè)計(jì)方法，提出了一種可以用于聲波檢測的新型壓電無線傳感器的硬件結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)和制作了小體積、低功耗的無線壓電傳感器節(jié)點(diǎn)和基站的硬件部分。
　　 3.針對無線傳感器無線通信帶寬限制、數(shù)據(jù)處理能力低、功耗高等問題，研究Zig

3、Bee協(xié)議棧內(nèi)容，設(shè)計(jì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)和基站的軟件程序，通過試驗(yàn)對比無線傳感器和傳統(tǒng)傳感器采集到的信號的差別，驗(yàn)證了無線傳感器的性能。該傳感器在體積小，功耗低的前提下，將采樣頻率從1kHz提高到50kHz，數(shù)據(jù)精度從8bit提高到10bit。
　　 4.針對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)周期長、成本高、擴(kuò)展不靈活等問題，利用虛擬儀器技術(shù)，以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)和開發(fā)了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測和評估軟件，將系統(tǒng)按功能分成各個(gè)功能模

4、塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，通過開發(fā)不同的測試分析軟件模塊，實(shí)現(xiàn)了集信號采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)分析、報(bào)警等為一體的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。
　　 5.對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了整體化試驗(yàn)與調(diào)試。完成了對信號的采集、保存，并對信號進(jìn)行濾波、FFT變換、小波分析等多種處理和分析，首次用LabVIEW實(shí)現(xiàn)了工程結(jié)構(gòu)的聲發(fā)射源平面定位，并且定位精度高于傳統(tǒng)的過閾值方法。整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)成本低、開發(fā)周期短，功能模塊可根據(jù)用戶需要隨時(shí)修改、增加和升級，具有很強(qiáng)的靈活性，