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基于PQCR-PSI傳感器的橋梁振動無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

發(fā)布時間:2018-03-06 04:19

  本文選題:橋梁振動 切入點:晶體諧振器 出處:《西南交通大學(xué)》2017年碩士論文 論文類型:學(xué)位論文


【摘要】:橋梁作為一種耗資巨大、設(shè)計建造周期和使用年限都很長的大型基礎(chǔ)交通設(shè)施,在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、地域文化交流和推動社會發(fā)展中發(fā)揮著極為重要的作用。橋梁結(jié)構(gòu)振動是影響橋梁的使用和安全的重要因素之一,對橋梁振動進(jìn)行實時監(jiān)測對于避免橋梁事故的發(fā)生和延長其使用壽命有著極其重要的意義。PQCR-PSI傳感器是實驗室開發(fā)的一種結(jié)構(gòu)簡單、具有大感頻牽引率的電感式傳感器,它實現(xiàn)了電感式傳感器的數(shù)字化頻率輸出,克服了以交流電橋和LC諧振為振蕩電路的電感傳感器的一些缺陷,系統(tǒng)將其作為傳感器探頭應(yīng)用到了橋梁振動等低頻振動測量中。通過對橋梁振動特性與現(xiàn)有振動傳感器優(yōu)缺點的分析,針對大跨度橋梁振動信號監(jiān)測的需求,提出并設(shè)計了一套基于PQCR-PSI傳感器的橋梁振動無線監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)橋梁振動監(jiān)測系統(tǒng)的需求與ZigBee技術(shù)的原理,系統(tǒng)硬件由振動監(jiān)測節(jié)點、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點三個部分組成。振動監(jiān)測節(jié)點使用FPGA對PQCR-PSI結(jié)構(gòu)所在Pierce振蕩電路進(jìn)行頻率采集,同時實現(xiàn)了溫度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、USB存儲和串口數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測節(jié)點主要由全臂電橋電路、電壓放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成。振動數(shù)據(jù)與應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信的方式發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點,協(xié)調(diào)器接收后通過串口發(fā)送給計算機(jī)。通過C#上位機(jī)與MATLAB的混合編程,將模糊推理融合理論應(yīng)用于模擬橋梁狀態(tài)評估與預(yù)警,同時,上位機(jī)實現(xiàn)了各數(shù)據(jù)的動態(tài)曲線繪制和MySQL數(shù)據(jù)庫存儲等功能。通過搭建模擬平臺進(jìn)行實驗和測試,驗證了將基于PQCR-PSI結(jié)構(gòu)的電感式傳感器探頭應(yīng)用到橋梁振動測量的可行性。該套監(jiān)測系統(tǒng)可清楚地反映出橋梁模擬振動情況,實現(xiàn)了對低頻振動信號的非接觸式無線實時監(jiān)測。
[Abstract]:As a kind of large infrastructure transportation facilities, which cost a lot of money and have a long design and construction life, bridge is promoting the construction of national economy. Regional cultural exchanges and social development play an extremely important role. Bridge structural vibration is one of the important factors affecting the use and safety of bridges. It is very important to monitor bridge vibration in real time for avoiding bridge accident and prolonging its service life. PQCR-PSI sensor is a kind of inductive sensor with simple structure and large frequency traction rate developed in laboratory. It realizes the digital frequency output of inductance sensor and overcomes some defects of inductance sensor which uses AC bridge and LC resonance as oscillating circuit. The system uses it as a sensor probe to measure low frequency vibration such as bridge vibration. By analyzing the characteristics of bridge vibration and the advantages and disadvantages of existing vibration sensors, the paper aims at the needs of vibration signal monitoring of long-span bridges. A wireless monitoring system of bridge vibration based on PQCR-PSI sensor is proposed and designed. According to the requirement of bridge vibration monitoring system and the principle of ZigBee technology, the hardware of the system is composed of vibration monitoring node and stress strain monitoring node. The vibration monitoring node uses FPGA to collect the frequency of the Pierce oscillation circuit where the PQCR-PSI structure is located, and the temperature data acquisition is realized at the same time. Data processing functions such as USB storage and serial port data transmission. The stress-strain monitoring node is mainly composed of a full-arm bridge circuit. The vibration data and the stress-strain data are transmitted to the coordinator node through ZigBee wireless communication, and the coordinator receives them to the computer through serial port. Through the mixed programming of C # host computer and MATLAB, the vibration data and the stress-strain data are transmitted to the computer through the serial port. The fuzzy inference fusion theory is applied to simulate bridge state evaluation and early warning. At the same time, the upper computer realizes the functions of dynamic curve drawing and MySQL database storage of each data. The feasibility of applying the inductance sensor probe based on PQCR-PSI structure to bridge vibration measurement is verified. The monitoring system can clearly reflect the simulated vibration of the bridge and realize the non-contact wireless real-time monitoring of the low frequency vibration signal.
【學(xué)位授予單位】:西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號】:TP274

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號:1573299

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