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结构健康监测(SHM)是指利用现场的无损传感技术,分析通过包括结构响应在内的结构系统特性,达到检测结构损伤或退化的一些变化。传统的有线监测方式,由于其电缆布线的需要,随着网络规模的扩大,有线网络中传输线的成本急剧增加,供电电源困难、节点安装拆卸繁琐的缺点日益突出,无线监测拥有安装维护便捷快速、网络拓扑灵活等特点,正成为一种趋势,有着广阔的应用前景。
基于结构健康监测以及自动损伤识别的无线传感器网络(WSN)的设计必须满足:低功耗、低复杂度、覆盖范围广、簇首计算能力强、适当的传输速率五个要求。目前国内外用于结构健康监测的无线传感网络大多是限制在节点数比较少的单跳网络,并且基于损伤识别应用的无线传感网络更加少,为实现大覆盖范围、低复杂度、簇首计算能力强并且功耗低的要求,本文设计并实现了相应的无线传感器网络路由器和节点的硬件和软件。实验表明,本设计具有节点和路由器容量大、功耗低、路由器计算能力强的特点,适合于结构健康监测以及在线损伤识别的应用。本论文的工作主要包括五部分:
1)分析并总结了目前国内外应用于健康监测的无线传感器网络研究进展。在已有无线传感器节点基础上,结合健康监测以及在线损伤识别的需求提出了无线传感器网络路由器以及改进的节点结构框架。
2)设计并实现了无线传感器网络路由器,路由器包括信号调节模块、电源管理模块、信号采集、处理模块、无线通信模块。对原有的无线传感器节点进行了改进,并使节点和路由器的设计模块化。
3)对路由器和节点的各主要功能模块进行了功能测试。将本文设计的路由器和节点,应用在桥梁健康监测系统以及框架在线损伤识别系统上进行测试。
4)针对瞬时信道状态的最佳中继选择算法进行了研究,对已有的算法进行改进,通过数值仿真,比较新旧两种算法在中继选择中断概率上的性能改进。
5)对本文的工作进行总结和展望。