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基于振弦传感器的桥梁应力监测系统设计

作　者: 韩涛
导　师: 廖传书
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 桥梁振弦传感器监测数据采集子系统
分类号: U446.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 337次
引　用: 5次
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内容摘要

随着经济的飞速发展,我国桥梁建设取得了令人瞩目的巨大成就。但是由于外界环境等因素的影响,桥梁结构不可避免地出现损伤积累和抗力衰减。如何及时、准确地检测桥梁的健康状况,越来越引起人们的关注。桥梁结构健康监测的作用是通过对桥梁结构状态的监测与评估,为桥梁在特殊气候、特殊交通条件下或运营状况严重异常时触发预警信号,分析评估桥梁的使用寿命,并为桥梁的养护、维修与管理决策提供科学的依据。本文首先介绍了桥梁应力监测的研究背景和国内外的发展现状,指出了与传统的监测方法相比本方法所具有的优点。然后对振弦传感器的特性进行了深入的研究,分析了振弦传感器的工作原理和温度特性,进而为振弦的温度补偿原理提供了理论依据。接着通过分析系统功能需求和比较各种采集方式的优缺点,提出了一种分散采集集中管理的系统结构,该结构包括现场数据采集子系统、远程传输子系统和监控中心子系统三部分。最后根据振弦传感器的工作原理完成整个系统的硬件电路和软件的设计,并重点设计了振弦式传感器的激振电路、测频电路和温度调理电路,传感器的激振采用软件扫频激振技术,传感器的测频采用等精度测频方法。另外考虑到温度对振弦的影响,采用比值采样法和电压频率转换实现温度的测量,从而实现温度的补偿。整个系统在上位机端和下位机端分别设计了RS-485总线接口,通过RS-485/RS-232转换电路,实现了PC机与单片机之间的远程数据采集和控制。在硬件设计的基础上,对系统进行了软件设计,软件部分包括下位机单片机程序的设计、上位机监控软件的设计以及上位机与下位机通讯程序的设计。纵观全文,本文针对桥梁结构健康监测现状,以实时性、长期性和精确性为目标,设计了一种以振弦式传感器为检测组件,又充分运用微处理器技术、现代通信技术、计算机技术,实现了对监测信号的多点采集、数据可靠传输、综合处理及监测过程的控制,进而对桥梁结构的健康状态做出正确的评估,这对许多工程的施工建设与安全监测维护具有理论意义及实际指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 桥梁健康监测的发展概况  10-11
  1.3 桥梁健康监测系统的现状分析  11-12
  1.4 本文所作的主要工作  12-14
第2章振弦传感器的研究  14-20
  2.1 振弦式传感器的特性  14-16
    2.1.1 振弦传感器的特点  14-15
    2.1.2 振弦传感器的工作特性  15-16
    2.1.3 振弦传感器的温度特性  16
  2.2 振弦传感器的数学建模  16-19
  2.3 单线圈型振弦传感器  19
  2.4 本章小节  19-20
第3章桥梁应力监测系统的总体方案  20-23
  3.1 系统需求分析  20
  3.2 系统采集方式  20-21
  3.3 系统整体结构  21-22
  3.4 本章小结  22-23
第4章桥梁应力监测系统硬件的设计  23-42
  4.1 现场数据采集子系统  23-36
    4.1.1 激振模块电路设计  24-25
    4.1.2 拾振模块电路设计  25-29
    4.1.3 温度调理模块电路设计  29-33
    4.1.4 通道选择模块设计  33-35
    4.1.5 电源模块电路设计  35
    4.1.6 复位模块电路设计  35-36
  4.2 远程传输子系统  36-41
    4.2.1 RS-485在本系统中的处理办法  36-38
    4.2.2 RS-485总线接口部分设计  38-41
  4.3 本章小节  41-42
第5章系统软件设计  42-51
  5.1 上位机软件  43-44
  5.2 下位机软件  44-48
    5.2.1 单片机主程序  44-45
    5.2.2 单片机子程序  45-48
  5.3 上位机与下位机通讯软件设计  48-50
  5.4 本章小节  50-51
第6章总结与展望  51-53
  6.1 工作总结  51-52
  6.2 问题与展望  52-53
参考文献  53-56
致谢  56-57
攻读硕士学位期间发表的论文  57

基于振弦传感器的桥梁应力监测系统设计

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