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基于路桥动态响应的过载实时监测系统研制

作　者: 石岩
导　师: 喻言
学　校: 大连理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 路桥结构小型化结构健康监测动态响应过载监测
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着经济的发展,桥梁公路的使用率越来越高,而重载车辆对路面的损伤也远远大于正常荷载的车辆,这种损伤可能造成公路和桥梁的早期破坏。为了对这种损伤和破坏进行预警,评估路桥的安全性,目前一部分国内外的大桥和公路都使用了结构健康监测系统。但是现有的结构健康监测系统结构庞大、安装不便、造价昂贵,并不适用于一般的桥梁和公路。基于此种现状,本文设计了一种集成度高、功耗低、安装便捷、成本低廉的小型化结构健康监测系统。由于路面和桥梁的破坏主要来源于其上的荷载,但是当下社会中,道路上的车流量本身很大,如果再架设静态的监测站检测过载情况容易造成交通拥堵,引发不良的社会影响。因此,对路桥压力的检测最好在动态的环境下进行,即在车辆的行驶过程进行压力的监测。本系统主要通过路面埋设相关传感器阵列在车辆经过路桥结构时对动态响应实时监测,结合结构的现有工况,来决定现有路桥的承载能力。根据结构健康系统的一般结构,本文分为传感器阵列的布设系统、AD采集电路、以及中央处理器、报警驱动电路、以及通讯电路等部分。传感器阵列系统布设系统主要集成了一种可以在车流量大时依然能准确分辨车辆类型、检测车辆重量的传感器布设方式；然后,利用采集系统将模拟量转换为数字量,便于后期的处理；针对一些超出承载能力的车辆做一定的限制行为,对违规车辆进行图像采集和报警,并把采集到的压力数据通过多种数据格式传输到远程的数据中心,进行下一步的结构健康监测算法判别。对集成的系统通过试验进行了验证,试验结果表明：本系统集成度高,在正常车速时压力检测的误差率不超过10%,较准确的对路桥的过载行为进行了实时检测。总之,本系统结构简单、造价低廉、适用于任何路面和桥梁的快速布设,避免了造价对工程的选择,填补了小型化结构健康监测系统的空白。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题的研究背景和意义  9-11
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  11-13
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12
    1.2.3 发展趋势  12-13
  1.3 本课题研究的主要内容及论文结构  13-14
2 系统总体方案设计  14-27
  2.1 主要器件选型研究  14-24
    2.1.1 传感器选型  14-19
    2.1.2 放大器件选型  19-20
    2.1.3 中央处理器选择  20-21
    2.1.4 A/D转换芯片选择  21-22
    2.1.5 D/A转换芯片选择  22-24
  2.2 系统布设方式设计  24-26
  2.3 本章小结  26-27
3 硬件系统设计  27-46
  3.1 电源电路设计  27
  3.2 信号调理电路  27-28
  3.3 MCU控制单元电路设计  28-36
    3.3.1 鉴宽电路  29-31
    3.3.2 AD转换电路  31-34
    3.3.3 复位电路  34
    3.3.4 中断控制  34-36
  3.4 通讯电路设计  36-41
    3.4.1 RS232串口电路  36-37
    3.4.2 MSP430F149的串口设置  37-38
    3.4.3 数据格式  38-39
    3.4.4 基于传感器的硬件中间件  39-41
  3.5 报警驱动电路  41-44
  3.6 系统的整体电路  44-45
  3.7 本章小结  45-46
4 系统软件设计  46-56
  4.1 开发软件VB简介  46-47
  4.2 具体界面设计  47-55
    4.2.1 配置软件  47-51
    4.2.2 采集电路上位机  51-53
    4.2.3 通讯方式选择  53
    4.2.4 报警信息监听  53-54
    4.2.5 软件运行结果  54-55
  4.3 本章小结  55-56
5 现场测试和系统功能验证  56-62
  5.1 传感器阵布设  56-58
    5.1.1 传感器布设方式  56-57
    5.1.2 地感线圈布设  57-58
  5.2 现场测试  58-59
  5.3 实验数据分析  59-62
结论  62-63
参考文献  63-66
附录系统整体电路图  66-67
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  67-68
致谢  68-69

基于路桥动态响应的过载实时监测系统研制

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