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计算机应用类论文:无线网络传感器的土木工程结构状态检测分析

作者:论文发表网 更新时间:2018-10-21 23:03:04
19.1K 1 1 导言
在人类进入电子信息时代以后,社会的发展速度达到了空前的地步。在机器的帮助下,生产力提高了几十倍,人与人之间的距离也开始大跨步的缩短。从上个世纪年代以来,在电子技术和计算机技术迅速发展的推动下,无线通信和网络技术也获得了长足的发展。在日常生活工作中,因为无线网络的方便而显得越来越重要。从公共安全、生态环境、应急指挥、智能交通到工农业、军事、国防等诸多方面领域有着广泛的应用。
2 2 无线传感器网络相关领域研究现状
无线传感器网络目前是一个非常活跃的一个新领域。上世纪年代,在电子技术和计算机技术的双重推动下,无线网络也得到了很好的发展。随后美国发动了真正意义上的现代无线网络传感器技术的研究。其后,该技术有如雨后春笋,迅速在全世界蔓延开来,相关研究工作也在各主要的发达国家中轰轰烈烈地开展起来,并相继被一些重要的权威机构预测为将改变世界的重要新技术。从 20 世纪 80 年代开始,经过数十年的初级研发阶段,到 90 年代开始,无线传感器网络已经开始慢慢的融入了我们的生活当中。从手机的网络到红外传感技术、蓝牙技术、一技术等等都以不同的工作方式,不同的传输速率为我们实现了信息的传递与网络的连接。借此,我们成功的从繁琐的蜘蛛网式电缆中解放了出来,为我们的信息传递提供了方便,大大的提高了我们的生活以及工作效率。最早在冷战时期,无线传感器网络已经被美国在研究和应用。当时美国花巨资建立了一套海底声响检测系统用来监视前苏联的核潜艇行踪。随后,传感器网络在军事等顶尖领域得到广泛的应用,其中包括防空雷达网络等。1978 年美国国防部高级研究计划局在卡耐基一梅隆大学召开了分布式传感器网络的研讨会。随后在 1979 年,以提出了“分布式传感器网络计划—DSN”。1998 年该部门又提出了“传感器信息技术计划—SenSIT”。2000 年,传感器网络被美国国防部列为国防技术中的五个尖端领域之一。2003 年,无线传感器网络技术被美国著名杂志《技术评论》评为未来将改变人类生活的十大技术之首。毋庸置疑,这些计划与评论都对无线传感器网络的发展起到了重要的推动作用。随后不久,关于无线传感器网络的研究,国际上就出现了一些非常有影响力和代表性的科研项目。比较有名气的有遥控战场传感器系统、智能尘埃、行为习性监控项目等。特别是年美国刚刚试验成功的低成本地面无线传感器网络“狼群”标志着现代无线电子战争得到的重大突破并进入了新的研究阶段。在俄亥俄州正在开发一种被命名为“沙地直线”的新式无线传感器网络系统,它可以在任何地方布置电子绊网,在这个网络中只要有运动中的高金属含量目标都可以被侦查到。
3 3 无线传感单元设计
3.1 无线传感单元的结构体系
无线传感器单元在土木工程结构状态检测中要实现信号采集、调理以及无线传输,无线传感单元主要由传感器模块、处理器模块、无线通信模块以及能源供应组成。在传感器中主要有传感器、仪用放大器以及模数转换器三个部件,通常为了降低无线网络传感检测系统的造价,采用的是电阻应变片以及滑阻位移传感器,考虑到位移传感器与应变片的工作原理相似,因此在本次的设计中同时接入了位移传感器以及应变片,在处理芯片中集成了温度传感器,这样就能够在不同的温度环境中进行检测。另外在无线传输单元中采用了 2 个应变片与电阻组成半桥电路,进而减小了温度误差,测量的电路图如图 1 所示。仪用放大器采用的是美国 ADI公司的 AD8221,该仪用放大器具有良好的共模抑制性能。模数转换器采用的是 Texas Instruments 公司的 ADS1110,该模数转换器属于 16 位精度,其特点是能够进行自我校准,采用的是差分输入,其转换速率为 15、30、60 以及 240Hz[。处理器模块中,本次设计采用的是 8 位 AVR 微处理器ATmega16L,该处理器具有 32 个 8 位通用工作寄存器,在16MHz 工作时性时能够大袋 16MIPS。
3.2 系统性能测试
本次系统的性能测试是在常温环境中,对等强度的钢梁进行检测,本次测试的主要目的是为了测定无线网络传感系统在土木工程结构检测中的稳定性与线性特性。在测试前,本次研究先对钢梁的尺寸以及弹性模量等相关参数进行了检测,用于对比本次试验测量的应变值以及理论应变值,最终测试结果如图 2~3 所示。根据图 2 的测试结果可以了解到,测量值与理论值进行对比,最大的误差为 44με,温度的变化在 15~32°C之间,应变值的最大变化为 6με,因此整个检测系统的稳定性良好,且从图 3 的检测结果可以了解到,无线网络传感检测系统中的无线应变以及位移测量系统线性特性都为良好。
4 4 结论
本文在这样的背景下,我们提出用无线网络传感器技术对土木结构状态进行检测。这样我们省去了布线的环节,也大大降低的造价成本,并且在日常检修或者在灾后重建网络中也简化了大量工作。更重要的是在安装与检修的时候,不会对土木建筑造成任何损伤。相信在未来的土木工程结构状态检测中,无线传感器网络的大量应用肯定是人们的首选也是发展的必然趋势。
参考文献
[1]李杰. 基于无线网络传感器的土木工程结构状态检测[D]. 西安建筑科技大学,2010.
[2]张海萌,王忠厚. 土木结构健康监测与无线加速传感器的应用[J]. 低温建筑技术,2009,31(3):39-40.
[3]孟妍. 结构健康监测的无线传感网络组网技术研究[D].哈尔滨工业大学,2006. 计算机应用类论文:无线网络传感器的土木工程结构状态检测分析
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