本文關(guān)鍵詞：基于振弦式傳感器的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)研究

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【摘要】：近年來(lái),結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為保障大型土木工程結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全的重要技術(shù)手段。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多以信號(hào)線(xiàn)纜作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體,將傳感器感知到的信號(hào)傳送到結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)。這種有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式存在布線(xiàn)量大、安裝和維護(hù)費(fèi)用高、在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中布線(xiàn)困難等缺點(diǎn)。隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和集成微電子機(jī)械系統(tǒng)等技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。將無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中可以有效解決傳統(tǒng)有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式存在的問(wèn)題。針對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中大量使用的應(yīng)變傳感器,研究基于振弦式傳感器的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可提高現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)效率,降低系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)成本,對(duì)于推動(dòng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的快速發(fā)展具有重要意義。本文的主要工作包括:(1)對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)及無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)行文獻(xiàn)綜述。闡述結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的意義;介紹結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成、發(fā)展和應(yīng)用;概述無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。(2)分析振弦式傳感器的工作原理。介紹單線(xiàn)圈振弦式傳感器的結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型以及信號(hào)測(cè)量原理;對(duì)比分析高壓撥弦和低壓掃頻兩種激振原理,進(jìn)一步給出改進(jìn)的低壓掃頻激振方法。(3)開(kāi)展無(wú)線(xiàn)傳感單元的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)�；谟布O(shè)計(jì)小型化、低功耗、低成本和高可靠性的原則,采用模塊化設(shè)計(jì)方法,對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感單元采集模塊、數(shù)據(jù)處理與控制模塊、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊和能量供應(yīng)模塊的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)與集成;根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)的功能需求,結(jié)合軟件的設(shè)計(jì)原則,對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感單元內(nèi)嵌軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。(4)開(kāi)展無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)各類(lèi)無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議的特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析,選擇ZigBee協(xié)議作為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議;比較基于ZigBee通信協(xié)議的三種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),指出適用于各類(lèi)工程結(jié)構(gòu)的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)應(yīng)用層數(shù)據(jù)通信協(xié)議。(5)開(kāi)展無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)端軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。根據(jù)用戶(hù)端軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能,完成用戶(hù)端軟件設(shè)計(jì)圖,在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出具有友好人機(jī)交互界面的用戶(hù)端軟件。(6)開(kāi)展無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)性能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)數(shù)據(jù)采集的對(duì)比實(shí)驗(yàn)、多點(diǎn)組網(wǎng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)以及無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)功耗和通信距離實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量精度、穩(wěn)定性、功耗以及通信距離等性能指標(biāo)。本文針對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的需求,研發(fā)基于振弦式應(yīng)變傳感器的無(wú)線(xiàn)傳感單元及配套的用戶(hù)端軟件,實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理、無(wú)線(xiàn)傳輸以及無(wú)線(xiàn)傳感單元之間自組網(wǎng)的功能,為構(gòu)建高效、低成本的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。各專(zhuān)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明,本文研發(fā)的無(wú)線(xiàn)傳感單元的功能和性能達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN929.5
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本文編號(hào)：1287344