橋梁結(jié)構(gòu)損傷易造成重大事故,對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非常必要,特別是對(duì)橋梁上部與下部結(jié)構(gòu)的重要連接構(gòu)件——支座進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。支座監(jiān)測(cè)可以準(zhǔn)確地獲取橋梁內(nèi)部應(yīng)力信息,進(jìn)而對(duì)橋梁健康狀況進(jìn)行判斷分析。因此,本課題基于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA),結(jié)合傳感、信號(hào)處理、嵌入式系統(tǒng)等技術(shù),設(shè)計(jì)出一種橋梁支座監(jiān)測(cè)系統(tǒng),具有精度高、通道多、通信方式種類多等優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁支座局部壓應(yīng)力的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。首先,結(jié)合橋梁支座的實(shí)際受力情況,分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求,進(jìn)而確定系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。其次,實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)處理與傳輸任務(wù)。采用分壓處理實(shí)現(xiàn)應(yīng)力與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換,設(shè)計(jì)多級(jí)可調(diào)放大與濾波電路實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)硬件調(diào)理,通過模擬開關(guān)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-Digital Converter,ADC)設(shè)計(jì)多通道信號(hào)采集電路,采集信號(hào)通過有線RS-422與無線Zigbee兩種通信方式完成數(shù)據(jù)傳輸。然后,基于FPGA與PC完成數(shù)據(jù)采集與處理任務(wù)。設(shè)計(jì)ADC的軟件接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,定義且實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議完成串口通信任務(wù),結(jié)合數(shù)據(jù)緩存FIFO提出一種新的平均加權(quán)運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一次降噪處理與FPGA內(nèi)部資源的充分運(yùn)用。將FPGA處理后的數(shù)據(jù)傳送至PC,采用無跡卡爾曼濾波完成二次降噪處理。最后,通過橋梁支座加載試驗(yàn),完成傳感器校準(zhǔn)與適用性驗(yàn)證.并且對(duì)采集板的精度評(píng)估,分析受力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體可行性。通過對(duì)設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn),采集板的檢測(cè)誤差小于200 μV,可實(shí)現(xiàn)32路傳感信號(hào)采集工作與多種通信方式互補(bǔ)應(yīng)用,校準(zhǔn)后的傳感器精度在±1.6%以內(nèi),系統(tǒng)可準(zhǔn)確判斷支座的局部應(yīng)力分布。經(jīng)過買際測(cè)試可知,本課題研究的系統(tǒng)滿足橋梁支座健康監(jiān)測(cè)的需求。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U446
【部分圖文】：

ｉｌＨ＾ＳＭｉｐ??惠麵??圖１－１寶山寺白河橋垮塌?圖１－２?Ａ１０高速公路橋梁坍塌??據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止２０１６年，我國(guó)公路橋梁數(shù)目近８０萬座，鐵路橋梁??數(shù)目己超２０萬座，數(shù)目之龐大，單靠人工調(diào)查、經(jīng)驗(yàn)排查等傳統(tǒng)手??段已無法滿足現(xiàn)代化橋梁管理的要求。自２００８年以來，“智慧地球”??的理念被提出，橋梁智能監(jiān)測(cè)也已成為全球智能化不可或缺的一部分??［１６］。其中，橋梁智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)待解決的關(guān)鍵問題主要集中在：橋梁損??傷的模式識(shí)別與檢測(cè)方法的智能化［１７］。隨著傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技??術(shù)、傳輸通信技術(shù)和算法優(yōu)化技術(shù)的融合與發(fā)展，推動(dòng)著橋梁健康監(jiān)??測(cè)技術(shù)向智能化發(fā)展。傳感技術(shù)的測(cè)量靈敏度提高，使準(zhǔn)確測(cè)量物理??量成為可能

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????第２章橋梁支座健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求分析與相關(guān)技術(shù)??２．１橋梁支座健康監(jiān)測(cè)需求分析??橋梁健康監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)涵即是通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀況的監(jiān)控與評(píng)估，針對(duì)??橋梁在應(yīng)用環(huán)境下的異常狀況發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為橋梁的維護(hù)與管理提供具體??的依據(jù)與有效的判斷。支座作為連接橋梁上部與下部的重要裝置，橋梁上部??所受載荷通過支座傳送至橋墩與橋基，監(jiān)測(cè)支座的受力情況不僅可對(duì)橋梁結(jié)??構(gòu)健康狀況監(jiān)測(cè)評(píng)估，且對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與相關(guān)規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)制定有著深遠(yuǎn)意??義。針對(duì)橋梁支座受力狀況的監(jiān)測(cè)應(yīng)用，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大體可分為以下６個(gè)模塊：??測(cè)力傳感器、數(shù)據(jù)采集預(yù)處理、數(shù)據(jù)緩存與傳輸、數(shù)據(jù)建模與處理、評(píng)估數(shù)??據(jù)庫、健康狀況顯示，如圖２－１所示。??傳感器布局?ｆ??
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本文編號(hào)：2882140