用于实时结构健康监测的无线传感器网络分析

《用于实时结构健康监测的无线传感器网络分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、北京邮电大学硕士学位论文1．1结构健康监测第一章绪论弟一早硒T匕结构健康监测(Stmctl珊1HealmMonit嘶ng，简称sHM)指利用现场无损伤的监测方式获得结构内部信息，通过对包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到检测结构损伤或退化的目的。健康监测技术就是要发展一种最小人工干预的结构健康在线实时连续监测、检查与损伤探测的系统，能够通过数据处理中心，自动地报告结构状态。结构健康监测系统应该包括以下几个部分，如图1．1所示【l】：(1)传感器单元：用于将待测物理量转换为可传输信号；(2)信号传输和处理设备：将可传输信号直接传输至数据中心再转换为数字格式或者经过处理

2、后(如数字化后)再传输并处理。(3)数据中心和预警设备及软件：以高性能计算机为基础构建数据中心，配合专业软件对历史数据和新采集数据进行处理从而构建预警模型。(⑨<。，，(工程结构二)图1．1结构健康监测系统基本结构(莲堕吵由于结构健康监测是一个跨多学科的研究领域，众多学者在这个领域内各自发挥自己的学科专长为健康监测的进一步发展做出自己的努力，因此关于健康监测的研究大致分三个方向，即传感器和监测设备的研究、损伤检测技术的研究和工程应用及实验的研究。本文侧重于对传感器监测设备系统的研究。根据监测数据的传输方式可以将传感系统大体上分为有线和无线两种。传统的有线方式具有低噪声、

3、传输速率高等优点，但这有许多重要缺陷【2】【3】：最主要的是传感器设备必须通过电缆连接到中心数据采集单元，这样势必有大量的电缆用来铺设、而这是昂贵和耗时的，监测过程中的维护也比较麻烦，还会对监测对象造成影响；另外一点就是电缆要预先埋入结构层中以减少测试成本，但这增加了承包商和工程设计师的工作量，例如在施工现场布设大量线缆是不现实的，会严重影响施工人员的操作，电缆损坏也是大问题，这方面可以有很大的改进余地。无线方式是近年来随着数字无线技术的发展而发展起来的，数字无线技术解决了无线信号的高噪声问题，再加上无线宽带技术大大提高了无线传输的传输速北京邮电大学硕士学位论文率，使得

4、无线传输方式在结构健康监测领域逐渐显露头角。所以无线形式是下一步的方向，也是必然。故用无线传感器网络实现结构健康监测是有意义的。1．2无线传感器网络概述无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络，被认为是21世纪最重要的技术之一，它将会对人类未来的生活方式产生深远影响。在2003年2月份美国《技术评论》(死c五咒D，o删RewPw)杂志评出的对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术中，传感器网络名列第一。由于传感器网络巨大的应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注，众多学者从多个方面对其进行了深入研究。无线传感器网络(wSN．wirelessS

5、eIlsorNet、)l，ork)是由多个节点组成的面向任务的无线网络，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域技术，通过各类微型传感器对目标信息进行实时监测，由嵌入式计算资源对信息进行处理，并通过无线通信网络将信息传送至远程用户。这一技术具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和实用价值。下面简要描述其具体应用：(1)军事应用【4】：①在友军的人员、装备及军火上加装传感器以供识别；②将传感器投掷于敌军阵地中。在被敌军发现

6、破坏前，完成侦察任务；③充当智能型武器的导引器；④侦察及判定核、生物和化学武器的攻击；(2)环境监测：①将无线传感器网络布置在大型建筑物上，实时监测建筑物的结构健康状态，以求及早发现并定位建筑物损伤，减少不必要的人员经济损失；②将大量传感器散布于森林中，能够为森林火灾地点的判定提供最快的信息；③传感器网络能提供遭受化学污染的位置及测定化学污染源，不需要人工冒险进入受污染区；④降雨情况判定，为抗洪抗早提供准确信息；⑤实时监测空气污染、水污染以及土壤污染，监测海洋、大气、土壤的成分；⑥研究环境变化对农作物的影响；2北京邮电大学硕士学位论文(3)其他应用：在科学研究方面，传感

7、器网络可以帮助科研人员完成很多信息收集工作。在一些不方便人工监测，或人工监测不能达到很好效果的情况下，可以藉由传感器网络来完成。传感器网络还可以和PDA之类的个人数字设备相结合，组成个人服务器，它能够实时获取网络中的信息。可以通过访问信息站对所有相关信息进行过滤，以便快速给人们提供他们所需的信息。你可以通过传感器网络得知你所想要去的地方的温度、湿度甚至于海拔高度等信息，通过网络你还能知道你目前的身体状况是否适合前往该处。此外，在空间探索、救灾、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂生产自动化等众多领域，无线传感器网络都将会孕育出全新的设