為基于CompactRIO的大型橋梁結構安全監測系統研究

　　應用領(lǐng)域：遠程結構監測、分布式數據采集、數字化橋梁

　　挑戰：大跨徑特大型橋梁是一個(gè)分布式、非線(xiàn)性、強耦合、多變量和時(shí)變性復雜的系統，對其結構參數的驗證與分析是一項龐大的工程。國內首次將CompactRIO分布式采集系統成功應用到大跨徑特大型橋梁的結構監測中去，通過(guò)先進(jìn)的自動(dòng)化測試技術(shù)，對大橋的靜/動(dòng)態(tài)響應、動(dòng)態(tài)交通荷載、環(huán)境荷載等信號進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確同步的測量和分析，為實(shí)時(shí)監測結構損傷及內力狀態(tài)，有效的掌控運營(yíng)期橋梁的結構使用狀態(tài)及其發(fā)展演化趨勢，并為制定相應的大橋管理對策提供技術(shù)支持建立橋梁全壽命期的數字化、信息化“檔案”提供了科學(xué)依據。

　　應用方案：基于CompactRIO的可重配置平臺和豐富的信號采集模塊，利用NI LabVIEW FPGA開(kāi)發(fā)一套適用于整個(gè)大橋結構監測的分布式信號采集系統。同時(shí)，結合NI LabVIEW提供的大量經(jīng)典的信號處理函數和現代的高級信號分析工具，迅速、準確的完成結構參數的在線(xiàn)分析和二次處理，為大跨徑特大型橋梁綜合監測系統有關(guān)數據采集傳輸預處理與控制的建立提供了一套完備而系統的方案。

　　使用的產(chǎn)品：

　　LabVIEW 8.2 軟件開(kāi)發(fā)平臺

　　LabVIEW RT 8.2實(shí)時(shí)模塊

　　LabVIEW FPGA 8.2工具包

　　LabVIEW Internet Toolkit 6.0工具包

　　LabVIEW.Database.Connectivity.Toolkit.v1.0.2 工具包

　　Measurement Studio 6.0類(lèi)庫和控件庫

　　CompactRIO-9104可重新配置嵌入式機箱

　　CompactRIO-9014嵌入式控制器

　　CompactRIO-9401高速同步計時(shí)卡

　　CompactRIO-9215高速電壓信號采集模塊

　　CompactRIO-9871標準串口轉換模塊

　　CompactRIO-9203模擬電流采集模塊

　　正文：

　　一. 引言

　　隨著(zhù)橋梁設計水平和施工技術(shù)的日見(jiàn)成熟，橋梁的建設取得了突破性的成就，一批大跨徑橋梁應運而生，橋梁建設正朝著(zhù)規模的大型化、形式的輕柔化、功能的復雜化發(fā)展。同時(shí)，橋梁結構的安全性與耐久性越來(lái)越受到人們的高度重視，有關(guān)大型橋梁的結構健康監測、安全評估以及壽命預測等問(wèn)題已經(jīng)成為當前橋梁工程界必須解決的問(wèn)題。目前，隨著(zhù)傳感測試技術(shù)、計算機信息處理技術(shù)、結構分析技術(shù)和橋梁工程技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展，針對特大型橋梁結構的安全監測與安全預警研究和實(shí)踐成為可能。原本應用于軍事領(lǐng)域的先進(jìn)智能材料與結構技術(shù)，也在橋梁結構健康監測領(lǐng)域得到應用，使得對大型橋梁結構進(jìn)行健康監測的技術(shù)總體上正朝著(zhù)智能化和系統化的方向發(fā)展。

　　二. 集美大橋的系統背景與設計原則

　　廈門(mén)集美大橋及接線(xiàn)工程是廈門(mén)市城市道路交通網(wǎng)絡(luò )布局中本島與大陸腹地跨海通道的重要組成部分，也是廈門(mén)市出島交通路網(wǎng)規劃中重要的跨海通道之一。大橋建成后將承擔巨大的出入島交通流，因此，結構安全監測的重要性就顯得格外突出。

　　系統整體監測項目如下：

　　1)荷載源監測：主要為橋址區域環(huán)境荷載監測：① 風(fēng)荷載監測;② 溫度、濕度監測;③ 控制截面溫度梯度監測;④ 交通荷載(與計重收費系統共用)

　　2)結構動(dòng)、靜態(tài)響應監測

　?、僦鳂虻目臻g位置變化監測，主要為各跨跨中下?lián)媳O測;②主、引橋控制截面靜應力監測;③主、引橋體外預應力監測;④主、引橋體內預應力監測;④主、引橋結構動(dòng)力及振動(dòng)特性及其變化監測

　　一. 橋梁結構監測安全預警系統的總體設計

　　根據系統的功能要求本系統包括以下子系統：

　　1) 自動(dòng)化傳感測試子系統，其包括以下幾大模塊：

　        ?、?傳感器子模塊

　　通過(guò)傳感器將各類(lèi)監測轉換為電(光)信號。

　        ?、?數據采集與傳輸模塊

　　將監測信號轉換為數字信號并完成遠程傳輸。

　         ?、?數據處理與控制模塊

　　將監測信號進(jìn)行預處理以向其它子系統提供有效的監測數據，根據需要控制監測參數的采集。

　　以上3部分構成自動(dòng)化傳感測試子系統。

　　2) 電子化人工巡檢養護管理子系統

　　3) 綜合安全評估子系統

　　4) 中心數據庫子系統

　　5) 用戶(hù)界面子系統

　　其結構示意圖如圖1所示：