大体积混凝土结构长期应变监测系统

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1、第4卷第2期土木建筑工程信~-ttu-t,：Vo1．4No．22012年6月JournalOfInfofmat}onTechnologylnCivilEngineeringandArchitectureJun．2012大体积混凝土结构长期应变监测系统陈得民李鹏沈唯真(1北京必创科技有限公司，北京100085；2哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，哈尔滨150001)【摘要】大体积混凝土结构长期应变监测系统是近年应用于建筑工程管理与维护的一项新技术，具有重要的工程价值。无线振弦传感器具有抗干扰强，精度高，传输距离远等特点，广泛应用于大体积混凝土结

2、构中长期应变的测量。本文主要论述了大体积混凝土结构长期应变监测系统结构和无线振弦传感器工作原理，设计了振弦传感器内部的激振电路及测频电路，以及无线通讯模块，分析了无线振弦传感器的特性。无线的设计极大的方便了振弦传感器的使用，通过工程实际应用显示，本文设计的基于正弦传感器的大体积混凝土结构长期应变监测系统稳定、质量可靠、测量数据迅速准确。【关键词】无线振弦传感器；激振电路；测频电路；应变监测系统；混凝土结构【中图分类号】TP393【文献标识码】A【文章编号】1674—7461(2012)02—0109—05尾矿坝、土工坝体、路基、桩载荷速率、测试

3、桩承载1引言力、摩擦力以及坝体浸润线安全监测提供可靠的原始测试数据，如图1所示。大体积混凝土水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，同时，其他因素也会导致大体积混凝土出现裂缝，从而影响结构安全和正常使用。因此对混凝土结构应变进行监测与分析是非常必要的。工程监测中常用电阻应变片型传感器监测动态物理量，但该类传感器抗干扰性差，温度及零漂图1无线振弦传感器大等特点，其技术指标难满足现场恶劣的环境中工程要求。本文设计的无线振弦传感器是基于振弦的振2系统总体方案设计动频率随钢丝张力变化而工作的，具有振弦传感器

4、的主要优点是经过热处理后的钢弦其蠕变极小，零本系统是一个典型的无线传感器网络¨』，系统点稳定，适合于长期监测使用，在许多工程领域得由三级结构组成(如图2)：感知区布置的无线振弦到了广泛应用。传感器节点、数据转发网关和终端监控主机。根据由于无线振弦传感器集成了无线数据发送模工程实际环境，确定测点，将传感器节点布置在被块，使得使用更加方便。无线振弦传感器主要用于监测区域内，构成传感网第一级；每个传感网装备大体积混凝土结构中，诸如桩、桥梁、大坝、密闭壳、一个带GPRS功能的BS909网关，通过Internet网络隧道衬砌等的长期应变测量，利用这些传感

5、器可对将数据转发到远程监控主机，此即为传感网第二【作者简介】陈得民(1982一)，男，甘肃武威人，工学硕士，工程师，中国计算机学会会员，主要从事：物联网技术研究与应用、数据采集与处理技术及工业测试技术。11O级；监控主机安装BeeData软件，对数据采集、显示、3．2测频系统的设计存储和分析，同时控制感知区的传感器节点，即为3．2．1基本原理第三级。无线振弦传感器工作时由激振电路驱动电磁无线振弦传感器线圈，当信号的频率和振弦的固有频率相接近时，无线振弦传感器振弦迅速达到共振状态，振动产生的感应电动势通／I一圆一叵孽臌臧器过检测电路滤波、放大、整

6、形送给单片机，单片机根、据接收的信号，通过软件方式反馈给激振电路驱动、、无线振弦传感器无线振弦传感器电磁线圈。通过反馈，弦能在电磁线圈产生的变化图2系统总体结构磁场驱动下在本振频率点振动。当激振信号撤去后，弦由于惯性作用仍然振动。单片机通过测量感应电动势脉冲周期，即可测得弦的振动频率，最后3无线振弦传感器设计将所测数据显示出来。测频原理框图如图3所示。3．1无线振弦传感器工作原理刮II¨巫无线振弦传感器输出的信号为频率信号，而频图3测频原理框图率信号是能获得很高测量精度的信号，适合于远距离传输，且不会降低它的精度。从结构来看，无线测量振弦振动频

7、率前必须先给弦以足够的激励振弦传感器没有活动元件，所以它的工作可靠性及力以激发振弦起振。振弦传感器激振方式有“连续激稳定性都非常高。传感器的敏感元件是一根张紧振”、“拨弦式激振”、“扫频激振”，本文采用“扫频激的金属丝，称为振弦。振弦在振动时，它的结构内振”方式。扫频激振技术就是用一串连续的频率信部具有一定的阻尼，所以需要消耗能量，因而需要号扫描输出，激励振弦传感器的激振线圈，当信号的外部施加激振力。振子的阻尼越小，振动时所消耗频率和弦的固有频率接近时，振弦能快速达到共振状的能量就越少，频率的选择性越好，传感器的精度态，实现可靠起振。振弦起振后

8、，它在线圈中产生的越高。感应电势的频率即为振弦的固有频率。由于激振信在电压激励下，振弦按其固有频率振动。改变号的频率容易用软件方便控制，所以只要知道振