Design and validation of wireless strain test system for bridge based on the resistance strain sensor

In order to achieve an access to strain sensor data with wireless transmission in bridge engineering structure testing, a wireless strain test system is presented based on the resistance strain sensor of networks. The wireless bridge strain test system composed of master station and substation adopts the wireless method to realize the high accuracy data acquisition between the master station and the substation under a reliable communication protocol. The system has been tested in contrast with the present strain apparatus. Results show that the wireless system is high-reliable, and has many characteristics such as high efficiency, good precision, high stability with low cost, and good flexibility, without using the present communication network.

无源无线应变传感器中压电材料接触力学模型研究

针对现有无源无线传感器存在稳定性差,抗干扰能力不强,传输距离过短的问题,提出一种新型无源无线应变传感器。该传感器由两个线圈和一个体声波传感器组成,体声波传感器包括传力结构和石英晶片,其可将被测表面的应变转化为可检测的石英谐振频率偏移。首先,建立了半椭圆接触模型,研究接触力、激励电压、接触元件形状对石英的影响,以提高传感器性能;其次,设计了石英加载装置,实现石英表面微力加载研究;最后,搭建了无源无线应变传感系统,传输距离可达5 cm,分辨率约为4.2 Hz/με,应变测量范围为600με,重复性实验显示RSD为5.47%。实验结果表明,该传感系统具有良好性能,在未来将与无人机结合为大型结构应变测量提供有效的解决方案。

集成铁氧体的LC应变传感器的设计及测试

针对金属环境下采用LC无线无源应变传感器出现电磁信号传输失效的问题,在传感器背面集成铁氧体材料,其原理是通过抑制电磁波在金属表面的涡流效应产生的感应电动势,实现在金属环境下的电磁信号耦合测试。通过HFSS软件进行仿真验证,在金属环境下LC无线无源传感器信号失效;在传感器基底背部集成铁氧体后,通过扫频得出铁氧体可以在金属环境下实现LC传感器的电磁信号传输。对铁氧体的厚度进行参数优化,最佳厚度为0.32 mm。搭建等强度悬臂梁测试平台,结果表明,金属环境下LC传感器可以通过铁氧体实现抗金属环境干扰,频率为37.7 MHz时,LC无线无源测试系统可以很好地实现信号传输,对应的S_(11)值为-25.6 dB。对悬臂梁施加外力使其发生应变,传感器在0~1300με的应变范围内灵敏度为61.54 Hz/με。测试结果表明,铁氧体有利于实现金属环境下的LC无线无源传感器应变测试。

基于Wi-Fi无线传感网的应变测量系统设计

针对工程结构应变测量需求,设计了基于Wi-Fi无线传感网的应变测量系统。在明确系统架构的基础上,应用ADR431BRZ芯片、AD823I仪表放大器、ADSI274芯片设计了传感器节点的传感单元,应用STM32芯片设计处理单元,应用USR-C322Wi-Fi模块设计通信单元,应用SPX3819M5芯片、OPA2227高精度低噪音运放设计电源单元。同时,对传感器系统无线组网方式进行设计分析,并从信号采集流程设计、上位机软件设计两方面,对系统软件进行设计。测试结果表明,该系统的误差小,运行稳定,能够满足工程结构应变测量需求。

起重设备多点无线应变监测系统设计

在起重设备作业过程中,其金属结构容易疲劳受损,须对其危险部位进行安全监测。基于STM32单片机设计一款多点无线应变测量系统,以单个应变传感器作为终端节点,多个节点通过LoRa技术将应变数据无线传输至LoRa网关,网关将数据打包后通过Wi-Fi将数据发送至监控中心进行实时监测和数据存储。测试结果表明,该系统的测试应变相对误差在1%左右,符合大部分工程的需求。该设计方案在解决传统有线应变测量布线困难、受限于环境、无法在起重设备作业过程中实时测量等问题上具有较高的实用性。

基于应变式传感器的桥梁无线测试系统的试验

在总结国内外无线检测技术的基础上,提出了一种基于应变式传感器网络化的桥梁无线测试系统,主要用于大型桥梁结构的检测或土木工程领域的健康监测.阐述了桥梁无线测试系统的各组成单元,给出了主要单元的基本原理及框图,并对各组成单元进行了集成.在可靠的通信协议下,通过主控软件,实现了以无线方式进行主控节点和各远端数据采集节点之间的数据传输,并对无线系统进行了对比试验研究.研究结果表明,该无线系统具有安全、高效、可靠、精度高、稳定性强、无须借助现有的通信网络、成本低、适应性好等优点.

基于LC谐振的无线无源应变传感器研究

研究一种平面螺旋电感和叉指电容并联结构的LC谐振无线无源应变传感器,利用LC谐振回路的谐振频率对不同应变的响应来表征传感器的应变特性,采用电感耦合的方式来实现无线检测。结果显示LC应变传感器的谐振频率随外加张应变增加而降低,沿电容电极长度方向谐振频率变化对应变的响应灵敏度约为0.3 kHz/με,垂直于电容电极长度方向约为0.2 kHz/με。

一种高精度无线应变传感器节点的设计与实现

应变节点耗电量大且布线繁琐,应变信号容易受到干扰,电源管理、通信方式和高精度应变信号采集是大型结构健康监测应用过程中需要解决的技术难点。结合智能传感器的设计思想、无线通信和太阳能电池的技术优势,自主开发设计出一种高精度应变无线传感器节点。从电源、放大、滤波降噪及无线通信4个方面讨论和设计了高精度应变传感器,并分析测试结果,证明该设计取得了良好的效果,为无线应变传感器的深入研究提供了一个良好的硬件平台。系统具有较高的精度,实用性强,成本低,功耗小,应用前景良好。

结构应变的无线监测及融合技术

针对结构应变监测,设计了一类无线应变传感装置,并对该装置采集的数据进行了数据融合处理。,介绍了无线应变传感器的硬件集成;描述了基于算术平均值的无线应变传感器信息融合方法;结合应变的无线测试实验,应用数据融合技术对测量数据加以分析处理。研究表明:所集成的无线应变传感器,安装简单、携带方便;采用了数据融合处理的应变信号更加准确;基于数据融合的无线应变传感器适合在现场测试中应用。

基于MSP430的超低功耗无线应变传感器的设计

针对解决现有应变传感器存在的一些问题,设计了一种基于MSP430的超低功耗无线应变传感器。首先,介绍了以MSP430F149为控制器的无线应变传感器的工作原理、超低功耗设计、软硬件电路设计。其次实验以传统电阻应变片为信号源,通过放大滤波电路后由MSP430F149内部12位高速AD进行采样,通过nRF905将采集数据发送到接收机,实现应变的无线传输和采集。最后,通过实验验证了该传感器方案的可行性,并分析了传感器的各项技术指标。

结构无线应变传感器设计、制作与测试

针对传统的应变采集传输方法存在的问题,结合电阻应变片工作机理,提出了一种用于结构局部应变监测的无线传感器及其系统;重点介绍了系统的核心部分,即无线应变传感器,的组成及功能;并详细讨论了该无线采集传输装置中典型电路的设计,给出了软件流程图;最后对所研制的系统进行了实验。结果表明:所研制的无线传感器及其系统,具有采集准确、传输可靠、价格低廉、携带方便、简单实用等特点,适合在实际工程中应用推广。

低功耗无线应变传感器的设计

提出了一种以MSP430F149为主控芯片、nRF24L01为无线传输芯片、AD627为前置放大器的低功耗无线应变传感器的设计方案,给出了该传感器的总体结构,详细介绍了该传感器数据采集发射子系统的软硬件设计方法,并对该传感器进行了能耗分析和测试,得出了该传感器的能耗公式。经理论计算,该无线应变传感器的平均电流消耗为32μA,比现有无线应变传感器的能耗低;测试结果与理论分析结果基本一致,且电池使用寿命可达70h以上。

石油井架结构无线应变传感器的设计

在石油井架结构测试中普遍采用传统应变电测法,针对这种方法在测试中存在的问题,以CC1110无线单片机为核心设计了一种用于石油井架结构检测的无线应变传感器。重点介绍了无线应变传感器的组成、硬件电路设计、软件设计以及对所研制的无线应变传感器进行的标定和实验。结果表明:所设计的无线应变传感器具有测量精度高、体积小、功耗低、传输可靠、抗干扰能力强等特点,适合在井场测试中使用。

基于应变式传感器的桥梁无线测试系统的设计和实现

针对传统的应变式采集仪以有线方式进行数据采集和传输方法存在的问题,结合电阻应变式传感器的工作机理,提出了一种基于应变式传感器网络化的桥梁无线测试系统,使用采集软件、单片机、调制解调器FX429等主要器件,实现了数据的高精度采集。在可靠的通信协议下,采用无线方式进行主控节点和各远端数据采集节点之间的数据传输。并利用数据库技术,实现数据管理。通过主控软件,提高了系统的方便与灵活性。对比试验研究表明:该无线系统具有安全、高效、可靠、精度高、稳定性强,无需借助现有的通信网络、成本低、适应性好等优点。

基于RFID传感标签的弯曲应变无线监测方法及实验

为解决结构应变有线监测方法存在的布线量大、安装维护费用高、可靠性差等问题,提出一种基于RFID传感标签技术的无线监测新方法。详细介绍了由应变信号调理电路、MSP430单片机和nRF905无线收发模块组成的标签硬件设计和软件实现。根据有限元分析的结果,在碳纤维增强复合材料层合板实验试件上布置了多个电阻应变片,利用设计的传感标签和读写器,在万能材料试验机上构建了结构应变无线监测的实验系统。弯曲实验结果表明分布的传感标签可有效获取结构应变信号并实现信号的无线传输与处理;多通道数据分析处理结果与实验现象一致,验证了该系统实现结构应变无线监测的有效性。

重型刮板输送机张力检测系统设计

针对刮板输送机运行过程中张力难以有效监测的问题,设计了一种基于有限元分析的刮板输送机张力检测系统。通过分析刮板与刮板链之间的受力关系,寻找刮板与刮板链之间的张力敏感点,在若干刮板输送机刮板上嵌入应变传感器,测量刮板和链条之间弱耦合点的张力,进而获取刮板链张力分布,实现刮板输送机链条张力的动态监测。

轨道扣件状态检测系统的设计与研究

轨道扣件是维系铁路运输安全的重要部件,目前中国常用的人工检测方式已无法适应轨道交通快速发展的需要,急需一种简便、易行的自动化扣件检测方法。设计研究了一种基于应变传感器的扣件松脱检测系统,该系统主要由硬件平台与软件平台构成。硬件平台包括传感器模块与无线数据传输模块,软件平台包括LabVIEW程序模块。本系统通过应变传感器采集与钢轨扣件直接接触的轨下弹性垫板在实际使用过程中的应力数据,进一步检测扣件松紧状态。实验结果表明检测数据大小与扣件松紧程度成线性关系,能够根据数据阈值判断扣件的松紧度。

用于应变监测的无线传感器网络节点的设计

针对结构健康监测中应变监测系统的器件连线复杂、维修难度大的特点,设计了用于应变监测的无线传感器网络节点,其中,包括多通道应变传感信号调理电路模块、数字处理模块和无线收发模块的开发。对用于应变监测的无线传感器网络节点进行了标定,并通过无线传感器网络的载荷定位试验验证了用于应变监测的无线传感器网络节点抗干扰性强,实时性好,具有较高的稳定性和可靠性。

基于销轨应力变化的采煤设备无线定位系统

通过ANSYS分析软件对采煤机行走过程中刮板输送机机身上销轨的受力特性进行研究。基于先进传感技术以及信息融合技术构建了一种基于销轨应力变化的采煤设备无线定位系’统,可以实现复杂工况条件下采煤设备远程监控与维护。

基于ZigBee无线传感器网络的应变采集装置

为解决水利自动化监测工程中有线连接布线复杂、可靠性下降、防雷困难的问题,设计了一款体积紧凑、易于组网的无线应变采集装置。该装置通过半桥式电桥和精密仪表运算放大器完成应变信号的调理,采用最新的射频片上系统CC2530完成电压信号的数字化及无线传输。基于TI公司的Z-Stack协议栈构成的无线传感器网络节点具备良好的自组网特性及网络自愈功能,并且通过休眠设置确保了无线传输的低功耗。