港口机械金属结构无线应力检测系统研究

《港口机械金属结构无线应力检测系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据第34卷第6期2010年12月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)JournalofWuhanUniversityofTechnology(TransportationScience&Engineering)V01．34NO．6Dec．2010港口机械金属结构无线应力检测系统研究刘志平万(武汉理工大学物流工程学院摘要：结构应力测试是港机状态监测的重要手段．在分析了港机金属结构应变无线检测特点的基础上，介绍了港机应变无线检测系统的总体结构及应变传感器节点设计，并在实验室和现场对检测系统进行了性能试验，验证了系统的有效性．关键词：港口机械；结构应力；无线

2、检测系统中图法分类号：TP216DOI：10．3963／j．issn．1006—2823．2010．06．000港口起重机械其金属结构每次循环均处于反复制动的交变动载荷作用，承受冲击载荷大，金属结构的疲劳断裂事故占港口起重机械结构失效总数的95％，它的破坏可造成灾难性的后果．基于关键受力点应变测试是港口机械金属结构状态检测的常用方法．采用静动态应变仪的有线检测法具有性能成熟、可靠性好等优点，是港机结构应力检测的主要手段．但上述方法采用导线传输信号也具有明显的弊端，主要表现在：(1)检测时间长，长期的实践检测表明，传输导线的布线和拆线约占结构状态检测时间的50

3、％以上．在繁忙的港口日常工作下，检测时间常制约了检测工作的安排和检测效果；(2)检测干扰大，传输导线不可避免地受到各种电磁干扰，导线的长度、环境温度的变化也会对检测精度产生干扰．(3)检测成本高，劳动强度大．研究港。机械金属结构应力的无线遥测方法，对于提高检测效率、减少劳动强度等具有重要的研究意义．本文针对检测其特点，研究了一种低功耗无线应变检测系统及其应用。1港口起重机械无线应变检测系统无线应变监测系统阻21采用基于ZigBee无线传感器网络，主要由电阻式应变计、无线应变节点、基站节点、无线通信模块和测试主机等部分组成，其结构如图1所示．-t参数设置lPC

4、一传感器校准l-t波形显示l机-t数据分析J-t存储打印I图1无线应变检测系统结构与其他传感器网络相比，典型的港口起重机械结构测试系统的无线应变节点数目小于128，节点布置位置基本固定(分散于整个金属结构中的关键受力部位)，无线应变节点与基站节点间距一般小于100m，结构动态应变信号频率不大于10Hz，对于一次性检测而言，单次工作时间一般均不超过8h．针对以上特点，本文选型和设计了相应的硬件和软件．其中无线应变节点的设计是整个系统设计的核心．无线应变节点包括应变桥路及应变调理单元、数据采集与处理单元、无线通信单元和电源单元，主要功能是实现应变信号的放大滤波、

5、数据采集以及数据的无线收发等．无线应变节点的结构及外形如图2所示．应变桥路选用120Q高精度配桥电阻，可组建全桥、半桥或1／4桥等桥路；信号调理单元采用高性能的直流应变放大器，适用于弱电压信号的稳定放大，具有噪声低、线性好等特点．收稿日期：2010-09—17刘志平(1975)：男，博士，副教授，主要研究领域为无损检测新技术、智能仪器㈣当积万方数据第6期刘志平，等：港口机械金属结构无线应力检测系统研究·1207·l电源管理模块IL．．．一一一一一一一一一一．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．一一．一一一一一一一一一一．．．．．．．．．．．．．．．．．．图

6、2无线应变结构图处理器选用TI公司的MSP430F149[3]，该传感器具有低电压供电(1．8～3．6V)、超低功耗(2．5肚A@4kHz，2．2V；280“A@1MHz，2．2V)、5种节电模式(等待方式1．6txA，RAM保持方式0．1uA)、自带ADC(8通道、12b，200kS／s)、60kBFLASHROM和2KBRAM以及内置温度传感器等优点，适合本系统低功耗、数据采集与存储等需求．由于无线应变节点的绝大部分能量(80％～90％)将消耗在无线通信单元上，节点问的通信也是无线传感器网络中的最关键技术，因此选择合适的射频芯片非常重要．本系统选用Chi

7、pcon公司的CC2420芯片，该芯片工作于2．4GHz频段，采用直接序列扩频(DSSS)调制解调，属于符合IEEE802．15．4的高集成度工业用射频收发器，只需晶体振荡器及负载电容、输入／输出匹配元件和电源去耦电容等很少的外部元件即可正常工作，性能稳定，开发成本低n《]．CC2420还具有功耗小(RX：18．8mA，TX：17．4mA)、组网灵活等特点．CC2420与处理器MSP430F149间采用主从模式连接，CC2420为从模式，通过SPI接口接受来自处理器的时钟和片选信号，并在处理器的控制下执行输入输出操作．接口电路如图3所示．由于无线应变传感器节

8、点分散于整个金属结构，因此电源模块采用电池供电．系统