基于现场实验无线和有线加速度系统桥梁振动监测比较探究

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1、基于现场实验无线和有线加速度系统桥梁振动监测比较探究　　摘要：以Imote2无线通信平台为核心，构建新一代无线加速度节点；将无线通信、信号预处理、数据运算以及电源管理在节点内部完成，减少无线通信数据量，降低传感器运行功耗；以润扬大桥原有有线加速度节点为测试参考对象，通过现场试验，比较研究无线加速度节点和有线加速度节点在系统构架、数据采集、数据传输、数据精确度等方面的表现，验证无线加速度节点在桥梁振动监测应用中的可行性。关键词：Imote2；无线加速度节点；有线加速度节点；现场实验；桥梁振动监测中图分类号：TN914.34?34文献标识码：A文章编号：1004?3

2、73X（2014）07?0101?04ExperimentalcomparisonstudyonwirelessandwiredaccelerationsystemsforbridgevibrationmonitoringJIANGXin?hua1，DINGHua?ping2，SHENQing?hong2（1.GuangxiCommunicationsInvestmentGroupCo.，Ltd.，Nanning530028，China；2.SchoolofElectronicScienceandEngineering，11NanjingUniversity，N

3、anjing210023，China）Abstract：Thenext?generationwirelessaccelerationnodewasdesignedwithanewwirelesscommunicationplatformImote2asthecore.Theamountoftransmitteddataandthepowerconsumptionwerereducedbyintegratingwirelesscommunication，signalpre?processing，dataanalysisandpowermanagementinthe

4、node.TakingthewiredaccelerationnodeoftheoriginalvibrationmonitoringsystemintheRun?yangYangtzeRiverBridgeasareference，afieldexperimentwasconductedtocomparethesystemarchitecture，dataacquisition，datatransmissionanddataaccuracyofthewrielessaccelerationnodewiththoseofthewiredaccelerationn

5、ode.Theresultshowsthatwirelessaccelerationnodeisquitepromisinginthebridgevibrationmonitoringapplications.Keywords：Imote2；wirelessaccelerationnode；wiredaccelerationnode；fieldexperiment；bridgevibrationmonitoring0引言11针对大跨度桥梁结构损伤、超载和极端荷载以及设计功能缺陷等现象普遍存在，大跨度桥梁坍塌事故越演越烈，桥梁的结构健康监测越来越引起相关学者以及工

6、程人员的关注[1?3]。到目前为止，国内外已有众多的大型桥梁安装了桥梁结构健康监测系统，比如香港的青马大桥[4?6]，其结构健康监测系统造价超过770万美元，系统集成了各类传感器，包括加速度传感器，应变传感器，位移传感器等等，平均每个传感器造价高于2.5万美元；国内的润扬大桥构建了一整套结构健康监测系统用于对主梁线形，大桥钢索索力，桥梁振动，主梁应力，以及温度等桥梁关键参数的监测[7?8]。目前，大多数桥梁结构健康监测系统均采用有线传输的单一星型构架，这种构架普遍存在工程造价高，保养维护难，数据传输量大，数据处理复杂等一系列弊端。针对以上现象，有学者提出了将无线

7、通信和传感器集成于一体的无线传感器节点的概念，并将其应用于桥梁结构健康监测系统[9?10]。但是，在将无线传感器节点用于桥梁结构健康监测的研究以及应用过程中，学者以及工程人员普遍发现这种新兴的技术虽然解决了有线网络的诸多弊端，但仍然存在一系列问题[11?13]，如大部分以单片机为核心硬件，资源过少；缺乏电源管理，功耗过大，网络生命周期过短；数据传输量大，无预处理机制等等。11本文针对传统无线传感器节点存在的一系列问题，以其中的振动监测为突破点，设计了一款高性能无线加速度节点，并构建了无线加速度系统，目的在于解决传统无线传感器节点存在的诸多问题，并以现有桥梁的结构

8、健康监测系统中的有线加速