高精度实时桥梁支座健康监测系统的设计与实现

发布时间：2020-11-13 11:31

　　 桥梁结构损伤易造成重大事故,对其进行实时监测非常必要,特别是对桥梁上部与下部结构的重要连接构件——支座进行实时监测。支座监测可以准确地获取桥梁内部应力信息,进而对桥梁健康状况进行判断分析。因此,本课题基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA),结合传感、信号处理、嵌入式系统等技术,设计出一种桥梁支座监测系统,具有精度高、通道多、通信方式种类多等优点,可实现对桥梁支座局部压应力的实时精准监测。首先,结合桥梁支座的实际受力情况,分析监测系统的设计需求,进而确定系统的整体设计方案。其次,实现多路模拟信号处理与传输任务。采用分压处理实现应力与电信号的转换,设计多级可调放大与滤波电路实现模拟信号硬件调理,通过模拟开关与模数转换器(Analog-Digital Converter,ADC)设计多通道信号采集电路,采集信号通过有线RS-422与无线Zigbee两种通信方式完成数据传输。然后,基于FPGA与PC完成数据采集与处理任务。设计ADC的软件接口实现数据采集,定义且实现通信协议完成串口通信任务,结合数据缓存FIFO提出一种新的平均加权运算,实现数据一次降噪处理与FPGA内部资源的充分运用。将FPGA处理后的数据传送至PC,采用无迹卡尔曼滤波完成二次降噪处理。最后,通过桥梁支座加载试验,完成传感器校准与适用性验证.并且对采集板的精度评估,分析受力监测系统的整体可行性。通过对设计的监测系统进行试验,采集板的检测误差小于200 μV,可实现32路传感信号采集工作与多种通信方式互补应用,校准后的传感器精度在±1.6%以内,系统可准确判断支座的局部应力分布。经过买际测试可知,本课题研究的系统满足桥梁支座健康监测的需求。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U446
【部分图文】：

ｉｌＨ＾ＳＭｉｐ??惠麵??图１－１宝山寺白河桥垮塌?图１－２?Ａ１０高速公路桥梁坍塌??据统计，截止２０１６年，我国公路桥梁数目近８０万座，铁路桥梁??数目己超２０万座，数目之庞大，单靠人工调查、经验排查等传统手??段已无法满足现代化桥梁管理的要求。自２００８年以来，“智慧地球”??的理念被提出，桥梁智能监测也已成为全球智能化不可或缺的一部分??［１６］。其中，桥梁智能监测系统待解决的关键问题主要集中在：桥梁损??伤的模式识别与检测方法的智能化［１７］。随着传感器技术、数据采集技??术、传输通信技术和算法优化技术的融合与发展，推动着桥梁健康监??测技术向智能化发展。传感技术的测量灵敏度提高，使准确测量物理??量成为可能

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????第２章桥梁支座健康监测系统需求分析与相关技术??２．１桥梁支座健康监测需求分析??桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状况的监控与评估，针对??桥梁在应用环境下的异常状况发出预警信号，为桥梁的维护与管理提供具体??的依据与有效的判断。支座作为连接桥梁上部与下部的重要装置，桥梁上部??所受载荷通过支座传送至桥墩与桥基，监测支座的受力情况不仅可对桥梁结??构健康状况监测评估，且对桥梁结构设计与相关规则标准制定有着深远意??义。针对桥梁支座受力状况的监测应用，监测系统大体可分为以下６个模块：??测力传感器、数据采集预处理、数据缓存与传输、数据建模与处理、评估数??据库、健康状况显示，如图２－１所示。??传感器布局?ｆ??
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本文编号：2882140