一種新型的高速鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)

一種新型的速鐵路橋監(jiān)測系統(tǒng)摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTA—C)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為～26MHz，阻帶抑制率大于35dB，帶內(nèi)波紋小于0．5dB，采用1．8V電源，TSMC0．18μmCMOS藝庫仿真，功耗小于21mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte摘要：為了降低傳統(tǒng)鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)功耗高，擴(kuò)展性差的問題，設(shè)計(jì)了基于Imote2和IRIS無線傳感器節(jié)點(diǎn)平臺的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)。利用大的數(shù)據(jù)處理功能和超低功耗特性，以及IRIS遠(yuǎn)距離無線收發(fā)的特點(diǎn)，控制由Imote2組成的無線自組織傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集時間，實(shí)現(xiàn)超低功耗的目的，并且應(yīng)用CDMA無線通信技術(shù)，完成了橋梁的遠(yuǎn)距離監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)表明，在功耗方面比傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)降低了35%以上。引言鐵路橋梁在營運(yùn)過程中不可難免會出現(xiàn)各種損傷現(xiàn)象，使得結(jié)構(gòu)承受力與安全性降低。如今隨著高速鐵路在我國逐步普及，對高速鐵路橋梁健康的在線監(jiān)測提出了更為嚴(yán)格的要求。高速鐵路速度快，絕大多數(shù)鐵路橋又都在野外，環(huán)境相對比較惡劣，因此，在線監(jiān)測系統(tǒng)必須做到精度高、穩(wěn)定性好，另外在惡劣的環(huán)境中，頻繁地為數(shù)量巨大的節(jié)點(diǎn)更換電池不現(xiàn)實(shí)也不可能，因而節(jié)點(diǎn)的能源供給都是一次性電池。這樣，為了提高網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，高效能、低成本同樣理所當(dāng)然地成為節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本原則。為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，通過對所用于該設(shè)計(jì)的硬件進(jìn)行嚴(yán)格的挑選，最后采用了目前在國際上先進(jìn)的MOTE(塵埃)技術(shù)，即Crossbow出的Imote2和IRIS兩款無線傳感器節(jié)點(diǎn)平臺，組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN)，對加速度、動振幅、撓度等參量進(jìn)行在線監(jiān)測。其最大特點(diǎn)就是節(jié)能，即使在沒有交流電源的環(huán)境下，僅僅利用電池就可以實(shí)現(xiàn)長時間的數(shù)據(jù)采集與傳輸，能夠滿足對野外橋梁狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測需求。橋梁監(jiān)測系統(tǒng)橋梁在線監(jiān)測，即通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)測與估，為橋梁在特殊氣候、特殊交通條件下或運(yùn)營狀況嚴(yán)重異常時觸發(fā)預(yù)警信號，分析估橋梁使用壽命，并為橋梁的養(yǎng)護(hù)、維修與管理決策、驗(yàn)證橋梁設(shè)計(jì)理論、改進(jìn)橋梁設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)的依據(jù)。

橋梁在線監(jiān)測系統(tǒng)一般應(yīng)包括以下幾部分內(nèi)容?！駛鞲邢到y(tǒng)。用于將待測物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，而在選擇傳感器及二次儀表的類型和數(shù)量時，應(yīng)根據(jù)建立橋梁在線監(jiān)測系統(tǒng)的目的和投資規(guī)模來確定?！駭?shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對多種信息源、不同物理信號的采集與預(yù)處理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對各種原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、變換以獲取系統(tǒng)所需要的參數(shù)，并以一定的形式存儲起來?！裢ㄐ畔到y(tǒng)。將采集并處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。●監(jiān)控中心和報警設(shè)備。利用具備診斷功能的軟硬件對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，判斷損傷的發(fā)生、位置、程度，對結(jié)構(gòu)健康狀況做出估，如發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)出報警信息?；赪SN的鐵路橋監(jiān)測系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，能夠協(xié)同地實(shí)時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進(jìn)行處理，處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送給觀察者。鐵路橋梁與一般橋梁的最大區(qū)別在于鐵路橋在大部分時間是沒有列車通過的，因此為了鐵路橋梁在線監(jiān)測過程中盡可能地降低功耗，在沒列車通過時，系統(tǒng)是不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的。為此我們在鐵路橋梁兩端分別布置了一個傳感器節(jié)點(diǎn)平臺，當(dāng)鐵路橋梁一端有列車過來時，該節(jié)點(diǎn)平臺發(fā)射信號給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而通知Imote2節(jié)點(diǎn)開始數(shù)據(jù)采集，當(dāng)列車經(jīng)過鐵路橋梁另一端時，此處的節(jié)點(diǎn)平臺又發(fā)送信號給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，控制節(jié)點(diǎn)停止數(shù)據(jù)采集，充分達(dá)到減少能耗的目的。本文設(shè)計(jì)的鐵路橋梁在線監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示：包括若干個Imote2傳感節(jié)點(diǎn)，它們被大量布散在橋梁關(guān)鍵監(jiān)測區(qū)域，它們通過無線信道相連，形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對橋梁的撓度、應(yīng)變等主要結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，傳感器單元將采集到的數(shù)據(jù)傳送給Imote2的處理單元，處理單元完成數(shù)據(jù)處理和存儲后，通過無線通信技術(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可通過CDMA等方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)送到監(jiān)控中心，并且系統(tǒng)可在異常情況下進(jìn)行報警，監(jiān)測人員可隨時了解橋梁運(yùn)行情況，達(dá)到健康監(jiān)測的目的。圖1鐵路橋梁在線監(jiān)測系統(tǒng)熱門詞條供應(yīng)濾波器C3MB-20A交流三相高性能系列1210-106K25V鋁殼電阻，貼片

隔離器/環(huán)形器OMRON繼電器G6E-134P-USDC48V廠家直銷金屬薄膜電容1600V332J0.0033UF3.50W