基于GPRS DTU 橋梁健康檢測系統(tǒng)方案

一、概述

橋梁在建成后，由于受到氣候、腐蝕、氧化或老化等因素，以及長期在靜載和活載的作用下易于受到損壞，相應(yīng)地其強度和剛度會隨時間的增加而降低。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)、計算機與通訊技術(shù)、信號分析與處理技術(shù)及結(jié)構(gòu)振動分析理論的迅速發(fā)展，大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與狀態(tài)評估近年來已成為國內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評價系統(tǒng)總的目標(biāo)是通過測量反映大橋環(huán)境激勵和結(jié)構(gòu)響應(yīng)狀態(tài)的某些信息，實時監(jiān)測大橋的工作性能和評價大橋的工作條件，以保證大橋的安全運營及為大橋的養(yǎng)護維修提供科學(xué)依據(jù)。與傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測方法(包括眾多的無損檢測技術(shù))不同，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評價系統(tǒng)重在診斷可能發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷或災(zāi)難的條件和環(huán)境因素，評估結(jié)構(gòu)性能退化的征兆和趨勢，以便及時采取養(yǎng)護維修措施。而傳統(tǒng)的檢測方法重在損傷發(fā)生后檢查損傷的存在并采取維修加固的手段，因此，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評價系統(tǒng)的概念具有革命性的變革。 

二、無線監(jiān)測系統(tǒng)

橋梁無線監(jiān)測是指利用無線網(wǎng)絡(luò)和信息融合等技術(shù)，使用無線傳感系統(tǒng)替代傳統(tǒng)有線傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)傳感器和中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的直接通訊。無線監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布設(shè)比有線監(jiān)測系統(tǒng)靈活，是橋梁健康監(jiān)測的一個發(fā)展方向。

近年來國內(nèi)外許多橋梁都建立了監(jiān)測系統(tǒng)?，F(xiàn)有的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)大多采用有線監(jiān)測系統(tǒng)，常用傳統(tǒng)的電纜實現(xiàn)傳感器和中心采集單元的通訊。有線監(jiān)測系統(tǒng)普遍存在著安裝造價高、環(huán)境對傳輸信號的影響較大等缺點。而無線監(jiān)測系統(tǒng)就克服了有線監(jiān)測的固有缺點。無線監(jiān)測系統(tǒng)確保了低廉的造價和安裝費用，并使傳感器之間的通訊可靠。隨著ＭＥＭＳ等微傳感器的研究進展，為橋梁無線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展提供了可能。無線監(jiān)測系統(tǒng)的能量供應(yīng)可通過內(nèi)置電池來解決，但內(nèi)置電池存在的問題有：體積較大；容納的能量有限；殼體壽命有限；體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)容易污染環(huán)境；需要經(jīng)常更換等缺點，不利于長期監(jiān)測。取代電池的較好方法就是自我持續(xù)供能的能量發(fā)生器。

三、無線監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成：

１）能進行數(shù)一模轉(zhuǎn)換的傳感器；２）無線數(shù)傳模塊（DTU）；３）能源；４）激勵源。無線監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器多采用最近發(fā)展較快的性能優(yōu)良、體積小、功能強的ＭＥＭＳ傳感器，該傳感器的低造價和低功耗促進了無線監(jiān)測的發(fā)展。激勵源利用橋梁的載荷和環(huán)境激勵如風(fēng)雨激振等，有著無須中斷交通和不必額外加載的優(yōu)點。由于無線監(jiān)測傳感器模塊無法通過傳輸線從外界獲取能量，因此該系統(tǒng)的自身供能問題是一個重要環(huán)節(jié)。

數(shù)據(jù)采集終端

數(shù)據(jù)采集終端根據(jù)需要安裝于各測點，分別采集保護電位的信息。終端軟件實現(xiàn)各模塊的初始化、監(jiān)控中心IP地址和端口設(shè)置、通訊任務(wù)、狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理等功能。程序采用模塊化設(shè)計，由數(shù)據(jù)采集模塊與無線模塊兩部分組成，兩模塊之間以RS232協(xié)議進行串行通信。數(shù)據(jù)采集模塊對現(xiàn)場保護電位進行測量，并把測量結(jié)果傳送到無線模塊，再經(jīng)由無線模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)據(jù)處理中心。

主要硬件設(shè)備:GPRS DTU CM3161：

工業(yè)級GSM/GPRS MODEM：

工業(yè)級GSM/GPRS MODEM，是一款基于移動GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺，內(nèi)嵌工業(yè)級GSM/GPRS無線模塊的撥號上網(wǎng)設(shè)備。產(chǎn)品特別針對工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境而設(shè)計,通過 RS-232或 RS-485接口. 使用簡單的AT命令交互界面，這樣用戶面對的是基于串口通訊的 AT指令接口，可以完成端到端的可靠數(shù)據(jù)通信。 標(biāo)準RS232或RS485接口；

、支持標(biāo)準的AT指令；

、支持短消息、撥號方式進行數(shù)據(jù)傳輸；

、工業(yè)級電源： DC7V~DC30V，內(nèi)置電源反向保護；

、工業(yè)級無線模塊：內(nèi)嵌德國西門子無線模塊，抗干擾強，傳輸穩(wěn)定；

、金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；防雷設(shè)計；符合電力安規(guī)要求；

四、結(jié)束語

基于GPRS DTU的腐蝕遠程監(jiān)控系統(tǒng)集成了先進的無線移動通信技術(shù)以及電子計算機技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)情況的遠程監(jiān)測，為橋梁結(jié)構(gòu)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)提供了技術(shù)支持，在全國橋梁結(jié)構(gòu)工程災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域具有很高的推廣價值。