桥梁数据自动化采集系统.pdf

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1、桥梁健康信息监测自动化采集系统陈红波在桥梁健康监测工作中，数据自动化采集与传输是整个监测系统中最重要的一个环节，根据桥梁监测内容的不同，需要对不同的桥梁位置安放相应的传感器，只有及时有效地把传感器采集到的数据正确汇总到上位机，才能将各个数据进行融合，进行桥梁的结构状态分析，根据状态评估对桥梁做出相应的处理。桥梁数据自动化采集与传输目前经历以下几种方式，最初采用集中式采集，即传感器星型连接，将各个传感器分别用电缆连接到中央采集站，由中央采集站将所有数据汇总打包，然后发送到上位机，这种方式布设传感器困难，硬件

2、投入多，而且由于传输距离太远，对于桥梁监测中的应变小电压信号会造成数据失真，集中式采集根本无能为力，最近几年发展到分布式采集方式，即采用总线结构，这样各个传感器的输出信号可以用很短的电缆连接到智能调理器中，经过处理后，智能调理器将数据发送到总线上，这样构成的系统线缆上传输的基本都是数字信号，其抗干扰性，稳定性均远远优越于模拟量构成的系统。自动化数据采集系统建立的目的是实现对力学指标的自动、连续监测、对结构进行实时状态监测，为健康安全综合评估提供数据。根据系统总体设计定义，桥梁健康信息监测自动化采集系统主要

3、包括了以下内容：1)传感器子系统传感器选型传感器自身安全性2)数据采集与传输子系统传感器信号的分类及信号调理的方法分布式采集方案采集控制及采集同步智能调理器模块3)数据处理与控制子系统结构状态的特征参数确定及其提取方案数字滤波及其有效数据抽取数据管理、显示和控制方案在自动化数据采集的系统建立中的主要工作包括：系统设计，硬件选型研究，关键器件研发，软件研发，系统中相应元器件、设备、线路等的外场安装和调试等工作。第1页共13页1．传感器子系统传感器模块完成应变、结构温度、索力、环境参数、几何

4、变形等参数的信息采集工作。传感器系统的选择依照以下原则进行：1)选择合适的传感器精度根据对桥梁监测的数据指标选择合适的传感器，传感器的精度和器价格是矛盾的，因此在传感器的选择上不能一味追求高精度，应在适合的前提下选择精度合适的传感器。2)选择满足长期稳定性与可更换性要求的传感器传感器在桥梁正常运营的工作环境下能够长期稳定工作，其必须具备温漂小、时漂小、可靠性高的特点。由于桥梁设计年限远远高于传感器类的光电产品，因此在桥梁的生命周期内，传感器必然面临更换的问题，所以传感器的可更换性也是极其重要的。3)选择满

5、足采样频率或者时间系数要求的传感器桥梁结构状态始终处在不断的变化中，因此，对桥梁结构进行指定时间的实时监测时必要的。通过实时监测可以获得桥梁结构在变化荷载作用下的响应，这对于分析桥梁各个时期结构刚度状态、记录桥梁的加载变换历程从而进行疲劳寿命分析有重要作用。传感器系统具有较高的采样频率的另外一个好处就在于便于实现全桥传感器系统采样数据的同步，否则各传感器数据不同步将导致较大的分析误差。4)选择方便采集的传感器类型对某种参数的监测可以选择不同的传感器，这些传感器都能够满足上述要求，这是，应尽量选择便于采集的

6、传感器。这样可以大大简化采集系统的设计，并且具有更高的可靠性。一般而言，按照监测内容要求，选择输出电压、电流或者数字信号的传感器较为容易。5)传感器自身安全性的识别及对策传感器在使用过程中可能会面对各种故障。这些故障包括：无法工作，受到强电场的干扰，温度漂浮过大，时间漂移过大等等。因此，健康监测系统应能够对上述情况进行识别并发出传感器故障报警，并在传感器选型及安装过程中避免上述故障的发生。传感器无法工作通常由于传感器本身质量，安装工艺部不过关，人为破坏或遭遇雷击或其他强电脉冲。解决这个问题的主要办法是选择

7、质量可靠的传感器生产厂家，严格按照规定的安装工艺施工，安装传感器的机械保护装置及防雷设备第2页共13页等。某些传感器输出微弱信号容易受到强电场干扰，应对这些传感器加装屏蔽保护装置。在选择传感器的时候同时应重复注意传感器的温度漂移及时间漂移，并应采购传感器样品进行上述两项测试。另外，在数据采集子系统、数据处理子系统中利用传感器的统计信息以及各传感器的相关信息能够分析得到传感器的部分故障情况。2．数据采集与传输系统数据采集与传输系统负责传感器信号的采集、调理、预处理、传输等。具体功能要求如下：（1）系统应既能

8、在无人职守条件下7×24小时连续采样，又可在报警状态下(如台风、地震、船撞等)进行特殊采样和人工干预采样。（2）数据采集软件应具有高效、可靠数据采集与传输的功能，并能对现场数据进行基本的预处理,并能实时报告当前节点的工作工况；（3）每个传感器信号均可在线预览、滤波、变换和同步统计处理，以便根据实际传感器信号的时域、频域性质合理设置采样参数；（4）数据可供远程传输，传输和采样参数可远程在线设置，网络节点可以方便的增加和减小；（5