橋梁結(jié)構(gòu)損傷易造成重大事故,對其進行實時監(jiān)測非常必要,特別是對橋梁上部與下部結(jié)構(gòu)的重要連接構(gòu)件——支座進行實時監(jiān)測。支座監(jiān)測可以準(zhǔn)確地獲取橋梁內(nèi)部應(yīng)力信息,進而對橋梁健康狀況進行判斷分析。因此,本課題基于現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA),結(jié)合傳感、信號處理、嵌入式系統(tǒng)等技術(shù),設(shè)計出一種橋梁支座監(jiān)測系統(tǒng),具有精度高、通道多、通信方式種類多等優(yōu)點,可實現(xiàn)對橋梁支座局部壓應(yīng)力的實時精準(zhǔn)監(jiān)測。首先,結(jié)合橋梁支座的實際受力情況,分析監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計需求,進而確定系統(tǒng)的整體設(shè)計方案。其次,實現(xiàn)多路模擬信號處理與傳輸任務(wù)。采用分壓處理實現(xiàn)應(yīng)力與電信號的轉(zhuǎn)換,設(shè)計多級可調(diào)放大與濾波電路實現(xiàn)模擬信號硬件調(diào)理,通過模擬開關(guān)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-Digital Converter,ADC)設(shè)計多通道信號采集電路,采集信號通過有線RS-422與無線Zigbee兩種通信方式完成數(shù)據(jù)傳輸。然后,基于FPGA與PC完成數(shù)據(jù)采集與處理任務(wù)。設(shè)計ADC的軟件接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,定義且實現(xiàn)通信協(xié)議完成串口通信任務(wù),結(jié)合數(shù)據(jù)緩存FIFO提出一種新的平均加權(quán)運算,實現(xiàn)數(shù)據(jù)一次降噪處理與FPGA內(nèi)部資源的充分運用。將FPGA處理后的數(shù)據(jù)傳送至PC,采用無跡卡爾曼濾波完成二次降噪處理。最后,通過橋梁支座加載試驗,完成傳感器校準(zhǔn)與適用性驗證.并且對采集板的精度評估,分析受力監(jiān)測系統(tǒng)的整體可行性。通過對設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)進行試驗,采集板的檢測誤差小于200 μV,可實現(xiàn)32路傳感信號采集工作與多種通信方式互補應(yīng)用,校準(zhǔn)后的傳感器精度在±1.6%以內(nèi),系統(tǒng)可準(zhǔn)確判斷支座的局部應(yīng)力分布。經(jīng)過買際測試可知,本課題研究的系統(tǒng)滿足橋梁支座健康監(jiān)測的需求。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U446
【部分圖文】：

ｉｌＨ＾ＳＭｉｐ??惠麵??圖１－１寶山寺白河橋垮塌?圖１－２?Ａ１０高速公路橋梁坍塌??據(jù)統(tǒng)計，截止２０１６年，我國公路橋梁數(shù)目近８０萬座，鐵路橋梁??數(shù)目己超２０萬座，數(shù)目之龐大，單靠人工調(diào)查、經(jīng)驗排查等傳統(tǒng)手??段已無法滿足現(xiàn)代化橋梁管理的要求。自２００８年以來，“智慧地球”??的理念被提出，橋梁智能監(jiān)測也已成為全球智能化不可或缺的一部分??［１６］。其中，橋梁智能監(jiān)測系統(tǒng)待解決的關(guān)鍵問題主要集中在：橋梁損??傷的模式識別與檢測方法的智能化［１７］。隨著傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技??術(shù)、傳輸通信技術(shù)和算法優(yōu)化技術(shù)的融合與發(fā)展，推動著橋梁健康監(jiān)??測技術(shù)向智能化發(fā)展。傳感技術(shù)的測量靈敏度提高，使準(zhǔn)確測量物理??量成為可能

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????第２章橋梁支座健康監(jiān)測系統(tǒng)需求分析與相關(guān)技術(shù)??２．１橋梁支座健康監(jiān)測需求分析??橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)涵即是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀況的監(jiān)控與評估，針對??橋梁在應(yīng)用環(huán)境下的異常狀況發(fā)出預(yù)警信號，為橋梁的維護與管理提供具體??的依據(jù)與有效的判斷。支座作為連接橋梁上部與下部的重要裝置，橋梁上部??所受載荷通過支座傳送至橋墩與橋基，監(jiān)測支座的受力情況不僅可對橋梁結(jié)??構(gòu)健康狀況監(jiān)測評估，且對橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與相關(guān)規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)制定有著深遠(yuǎn)意??義。針對橋梁支座受力狀況的監(jiān)測應(yīng)用，監(jiān)測系統(tǒng)大體可分為以下６個模塊：??測力傳感器、數(shù)據(jù)采集預(yù)處理、數(shù)據(jù)緩存與傳輸、數(shù)據(jù)建模與處理、評估數(shù)??據(jù)庫、健康狀況顯示，如圖２－１所示。??傳感器布局?ｆ??
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本文編號：2882140