結(jié)構(gòu)應變監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、工程結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性與使用功能受到人們的日漸關(guān)注，為了掌握結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，避免事故的發(fā)生，需要對其受力情況進行監(jiān)測。應變是表征工程結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的重要指標，通過應變測量可有效掌握結(jié)構(gòu)的安全狀況。現(xiàn)有的測量系統(tǒng)多為有線方式，現(xiàn)場布線導致了系統(tǒng)安裝拆卸時間長、擴展困難，因此有線系統(tǒng)的應用受到局限。
　　 無線傳感器網(wǎng)絡是最近十年來新興的研究領(lǐng)域，采用該技術(shù)無需考慮布線，可快速安裝、自由移動，因此被越來越多的應用到工業(yè)測量系統(tǒng)中。與

2、有線系統(tǒng)相比，無線系統(tǒng)更加適用于布線困難或者快速測試等場合。由于采用電池供電，無線系統(tǒng)應具有低功耗特性，而應變傳感器為電阻性元件，功耗較高，采用無線系統(tǒng)將面臨較大挑戰(zhàn)。同時，測量精度和功耗有相互制約的關(guān)系，精度要求越高，系統(tǒng)功耗也會隨之升高，實現(xiàn)精度和功耗的平衡成為亟待解決的問題。工程結(jié)構(gòu)一般都具有構(gòu)件多、尺寸大的特點，所以應變測點也較多。多節(jié)點測量時，如何將眾多節(jié)點通過有序、合理的方式進行組網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸時如何避免數(shù)據(jù)漏傳和冗余，當網(wǎng)絡

3、節(jié)點發(fā)生故障時如何進行路由修復，這些問題都使得大型結(jié)構(gòu)的無線組網(wǎng)研究變得十分必要。
　　 為了解決結(jié)構(gòu)應變監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中的關(guān)鍵性問題，主要進行了以下幾方面的研究：
　　 ①討論系統(tǒng)中模擬電路和數(shù)字電路的基本框架，分析各組成部分電路中影響精度和功耗的因素，得到相應的計算公式。根據(jù)公式進行系統(tǒng)誤差合成，找到精度的主要影響因素；并將各主要部分的功耗進行疊加，得到能夠降低系統(tǒng)功耗的方法。根據(jù)主要的影響因素得到精度和功

4、耗相互間的定量關(guān)系，結(jié)合圖形分析，提出取得平衡的方法，并結(jié)合實際情況，對系統(tǒng)中的參數(shù)進行優(yōu)化。
　　 ②對現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡技術(shù)進行分類，分析不同協(xié)議的功能和特點，選擇適用于無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議。對無線網(wǎng)絡進行拓撲結(jié)構(gòu)分析，并結(jié)合大型結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征，設(shè)計無線網(wǎng)絡拓撲及組網(wǎng)方式，隨后，提出節(jié)點失效和路由中斷時的網(wǎng)絡修復機制。
　　 ③根據(jù)應變測量系統(tǒng)現(xiàn)狀和精度功耗的理論推導，提出系統(tǒng)的總體要求和技術(shù)指標，并完成整體框架設(shè)計。利

5、用精度和功耗的平衡方法指導系統(tǒng)電路的設(shè)計，確定電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)和器件選型。對無線節(jié)點、協(xié)調(diào)器和上位機軟件進行功能分析，選擇合適的軟件開發(fā)環(huán)境，得到軟件流程圖，完成各功能設(shè)計。
　　 ④為了驗證系統(tǒng)設(shè)計是否滿足理論設(shè)計，分別進行了幾組實驗。對參數(shù)已知的構(gòu)件進行拉伸實驗，測量系統(tǒng)的靈敏度、線性度、精度和功耗；采用有線系統(tǒng)同時進行測量，得到對比結(jié)果；進行長時間應變測量，記錄測量值隨時間的漂移情況；采用多點多級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，觀察網(wǎng)絡拓撲狀