面向工程結(jié)構(gòu)的無線分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著大跨度結(jié)構(gòu)和超高層建筑的不斷發(fā)展,大型土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)
　　 (SHM)的研究與應(yīng)用越來越受到學(xué)術(shù)界和工程界的重視。本文針對(duì)大型結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè),根據(jù)無線分布式數(shù)據(jù)獲取、分區(qū)、分層處理的設(shè)計(jì)思想,研究無線分布式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的體系架構(gòu)及其監(jiān)測(cè)策略；在設(shè)計(jì)這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原型的基礎(chǔ)上,圍繞無線分布式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)在工程實(shí)際應(yīng)用中要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題展開了研究。研究了無線分布式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的同步采集方法、能量均衡方法、傳感

2、器優(yōu)化布置方法、結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法及其結(jié)構(gòu)局部損傷識(shí)別方法。其主要包括以下幾個(gè)方面:
　　 1.針對(duì)大型結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)功能需求,分析了無線分布式監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),根據(jù)分布式獲取、分區(qū)和分層處理的設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)了無線分布式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),并結(jié)合大型結(jié)構(gòu)的長期在線監(jiān)測(cè)的特殊性研究了無線分布式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)策略；自主研制了系列太陽能自供電的無線傳感關(guān)鍵器件,建立了基于GPS授時(shí)同步和無線傳感網(wǎng)絡(luò)簇內(nèi)雙級(jí)同步的分布式結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)

3、驗(yàn)原型,并對(duì)實(shí)驗(yàn)原型器件的性能和實(shí)用性進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。
　　 2.針對(duì)無線分布式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的同步采集問題,提出了以預(yù)同步方法、雙進(jìn)程同步控制模型和時(shí)間信息平滑補(bǔ)償算法為特點(diǎn)的逐級(jí)同步機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了各節(jié)點(diǎn)間的高精度同步采集,為滿足大型結(jié)構(gòu)大范圍同步監(jiān)測(cè)提供了保證；同時(shí)分析了結(jié)構(gòu)局部與整體監(jiān)測(cè)的分布式無線傳感網(wǎng)絡(luò)能量均衡機(jī)制,提出了“驅(qū)逐”退避的輪巡值守調(diào)度機(jī)制和子網(wǎng)能量均衡路由算法,并進(jìn)行了仿真分析,驗(yàn)證了算法的有效性。

4、r>　　 3.針對(duì)大型工程結(jié)構(gòu)采用無線、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)如何識(shí)別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù),提出了將大跨度結(jié)構(gòu)按串聯(lián)子結(jié)構(gòu)或并聯(lián)子結(jié)構(gòu)劃分,進(jìn)行分區(qū)識(shí)別和整體融合識(shí)別的方法。對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的布置方式,在模態(tài)能量法的基礎(chǔ)上提出了一種基于單元應(yīng)變能比例分布系數(shù)的優(yōu)化布局方法,并結(jié)合有限元方法對(duì)武漢理工一橋傳感器的布置進(jìn)行了優(yōu)化,給出了實(shí)際的布置方案,驗(yàn)證方法的有效性。
　　 4.針對(duì)大型、復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)自身結(jié)構(gòu)的冗余性、損傷的局部性和緩變、漸變