基于射頻能量收集的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)能合理規(guī)避結(jié)構(gòu)損傷帶來(lái)的危害，對(duì)保障人民生命和財(cái)產(chǎn)安全至關(guān)重要。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)大多依靠手動(dòng)部署數(shù)據(jù)采集儀實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量，成本高且效率低。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)無(wú)線、直觀的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，但系統(tǒng)均采用電池供電，嚴(yán)重限制了網(wǎng)絡(luò)壽命和應(yīng)用場(chǎng)景。為了解決目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集不便、節(jié)點(diǎn)壽命有限等問(wèn)題，本文基于射頻能量收集技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種可充電結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)有以下三點(diǎn):
　　1.系統(tǒng)闡述

2、了可充電結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的宏觀架構(gòu)及組成部分，并對(duì)核充電、低功耗通信、應(yīng)變測(cè)量和云端存儲(chǔ)等核心模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。針對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，考慮節(jié)點(diǎn)低功耗與高采樣頻率，提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。并從能量獲取、存儲(chǔ)和利用三方面說(shuō)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方法，為可充電結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了詳細(xì)的理論指導(dǎo)與實(shí)踐方法。
　　2.在鋼結(jié)構(gòu)架設(shè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需實(shí)時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)功耗必須盡可能低以保證較高的采樣頻率。本文基于被動(dòng)式RFID通信設(shè)計(jì)了

3、兼容商用閱讀器的超低功耗無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，并使用RFID閱讀器、接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路由器自行設(shè)計(jì)了匯聚節(jié)點(diǎn)和云端存儲(chǔ)與本地展示平臺(tái)，搭建了完整的超低功耗結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變和溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、存儲(chǔ)及展示。
　　3.搭建實(shí)際的測(cè)試平臺(tái)對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能量收集性能、節(jié)點(diǎn)能量消耗性能、傳感性能和無(wú)線通信性能進(jìn)行評(píng)估分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了射頻能量收集傳感節(jié)點(diǎn)的能量收集效率提升方法，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)能可靠穩(wěn)定的工作，實(shí)現(xiàn)了高效的