桥梁监测系统无线索力计的设计及应用

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1、桥梁监测系统无线索力计的设计及应用汤锱邓勇军叶华荣李亚李文华王鹏军邓北星清华大学电子工程系北京源清慧虹信息科技公司泸州市交通运输局针对桥梁监测系统的索力监测应用场景，设计Y—款智能无线索力计。该传感器具有超低功耗、前端智能算法、无线自组织网络等技术特点。提出并实现了嵌入式硬件平台上的索频提取方法，经实验及实际工程检验，该方法测量结果准确。该设计整机可在电池供电环境下实现常年连续工作。此设计有效地解决了拉索监测过程中监测系统建设冗繁、数据分析难度大、系统成本偏高、维护复杂等实际工程问题。关键词：无线索力传感器;算法设计;结构监测;Designandap

2、plicationofwirelesscabletensionsensorinthestructuremonitoringsystemofbridgesTangTaoDengYongjunYeHuarongLiYaLiWenhuaWangPengjunDengBeixingDepartmentofElectronicEngineering，TsinghuaUniversity;BureauofCommunicationsandTransportation，Luzhou;SmartbowInformationTechnologyCo.，Ltd.，Bei

3、jing;Abstract：Awirelesssmartsensorisdesignedforcabletensionmonitoringsystemofbridges.Thesmartsensorpossessesseveraltechnicalfeaturessuchasultra-lowpowerconsumption，built-infundamentalfrequencyextractionalgorithmandcapabilityofwire-lesscommunicationthroughtheself-organizedwirele

4、sssensornetwork.Thestabilityandaccuracyofourfundamentalfrequencyex-tractionalgorithmareverifiedinbothexperimentsandlong-termcable-stayedbridgemonitoringapplications.Thanktothewell-designedhardwareandsoftware,thebattery-poweredsensorisabletokeeponworkingformorethantenyears.Thewi

5、relesssmartsensorproposedinthispapercanlargelycutdownthecomplexityofthecabletensionmonitoringsystemconstructionandreducethedifficultyofdataanalysis.Atthesametime,thecostofmaintenancecanalsobegreatlydepressed.Keyword：wirelesscabletensionsensor;designofalgorithms;structuremonitor

6、ing;0引言随着道路交通增长，我国桥梁劳损加速，结构病害的发生几率与恶化风险显著提高［1，2］，运营安全保障工作日渐繁重。对桥梁结构展开监测，实现异常预警、病害识别跟踪、损伤评估等功能，其带来的安全效益受到重视U1。对于斜拉桥、系杆拱桥等索结构桥，索的拉张状况具有决定交通承载力和结构稳定度的关键意义，但和对外露易受损伤，乂不便日常巡检，因此对其展开索监测意义更加显著。旧金山的金门大桥£11、韩国Jindo双桥边1，以及国内无锡蓉湖桥、南通新江海河桥等in先后实施了此类监测。但以上系统中索监测设备在体积、功耗、网络灵活性等方面存在各自的不足，应用推广

7、还有待进一步优化提升。频率法测索力是以上索监测采用的典型方法m，但原始数据多，现场采集配合远程分析的使用模式而临线缆供电不可靠、无线通信与网络部署开销高等问题。本文提出的监测用无线索力计通过硬件和基本系统低功耗化，将索频算法嵌入设备内，大幅减少数据传输开销，并以无线自组网接入取代线缆布设，增强了桥索监测系统的灵活性。1系统整体结构整体系统的设计主要由硬件设计、索力检测算法设计、网络接入设计三大部分组成。系统的硬件部分结构示意图如图1。系统包括主控制器、射频模块、传感器接口等。软件系统层次如图2所示，其与硬件适配构成Y低功耗无线网络化的传感平台，采集控

8、制、索力分析、数据输出依托其上。图1索力计硬件框图图2软件系统的结构图2硬件系统设计本索力计选择Microc