基于无线传感器网络的支架结构监测系统研制及应用

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随着“一带一路”战略的实施,我国的道路桥梁建设迅速发展。支架结构作为一种临时性支撑结构,在实际工程中得到广泛应用,其强度和稳定性直接影响到桥梁的质量和施工人员的安全。近些年,支架结构倒塌事故常有发生,造成惨痛的人员伤亡和巨大的财产损失。针对支架结构安全监测的需求,本实验室已开发一套支架结构监测系统。但该系统仍存在一些问题,无法完全满足工程监测需求。本文基于已开发的监测系统,研制了可重复使用的套筒式力传感器,从硬件和软件方面对该系统进行升级优化,并成功将其应用于实际工程中。主要研究工作如下:  (1)研制了一种用于支架结构立杆压力监测的套筒式力传感器。设计了力传感器中弹性元件的结构,可承载碗扣式脚手架和门式脚手架,并利用ANSYS软件对弹性元件进行仿真分析;研究了电阻应变片的粘贴工艺并进行了传感器防护层的设计,保证传感器具有良好的绝缘性与抗腐蚀性。研制的套筒式力传感器可代替传统的电阻应变片,节约支架结构现场监测的成本。  (2)研制了无线传感器节点、路由器和协调器的硬件电路。无线传感器节点主要包括信号处理模块、倾角传感器模块、电源模块和无线射频模块等部分。信号处理模块可实现对套筒式力传感器的输出信号进行信号处理;倾角传感器模块可实现对支架结构立杆的倾角进行测量;电源模块和无线射频模块可实现传感器的电源供电和数据的无线传输。研制了路由器和协调器相关硬件电路,实现无线传感器网路的组网与数据通信功能。  (3)开发了无线传感器网络的下位机软件、上位机监测软件和手机监测软件。下位机软件主要实现数据采集、转发和网络组建等功能;上位机监测软件主要实现数据存储、数据查询和数据报警等功能;手机监测软件主要实时查看现场采集的数据并进行报警。  (4)对套筒式力传感器进行了标定实验并将该系统应用于实际工程检测中。套筒式力传感器标定实验验证了该力传感器具有良好的线性度和精度。现场的工程应用表明,该系统具有良好的工程实用性,可实现对支架结构的实时在线监测,能够满足工程的需求。
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