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使用LabVIEW和PXI进行东海大桥结构健康监测

2012-09-05 15:35
汉水狂客
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  东海大桥是中国第一座跨海大桥,我们在上面使用了多个PXI机箱组成的系统,以获取追踪大桥结构完整性及当前状况的重要数据。

  “借助于精确的GPS同步和时间标识、NI PXI动态信号采集硬件设备和LabVIEW软件,我们的团队成功地为东海大桥搭建了一个坚固的、模块化、可靠且低维护的高精度监测系统。”- Yonglin Zhan, JUST ONE Technology

  挑战

  在可能出现台风、地震、海水腐蚀的环境中,对跨海大桥结构完整性和环境因素产生的影响进行同步实时监测,需要一个高可靠、低维护的操作系统。

  解决方案

  部署一个坚固耐用的PXI系统来监测环境对大桥产生的影响,进行实时计算以确定大桥的即时结构健康状况,并将数据储存,进行离线处理。

  东海大桥作为中国首座跨海大桥,耗资12亿美元,于2005年完成通车。六车道的大桥将上海与洋山岛连在了一起,大桥全长32.5千米,并设计成S形以避开台风和海浪区,以保证车辆安全行驶。

  我们搭建了一个结构健康监测(SHM)系统,它能够提供大量的数据来评估大桥损坏和退化程度、结构性能状况、对于突发性灾难的反应。利用这些数据可以对桥梁的设计和建造技术进行研究。上海巨一科技发展有限公司(JUST ONE Technology)使用基于NI PXI的数据采集(DAQ)系统和NI LabVIEW软件,被选中来搭建这个结构健康监测系统。

  我们使用基于NI PXI的数据采集系统,源于其良好的坚固性和小巧的体积,适用于放置在大桥的保护区域中。事实证明,系统在安装完毕后成功地克服了大桥所遇到的湿度、灰尘、震动和化学腐蚀等各种难题。使用LabVIEW,工程师能够进行重要的实时分析,同时,能够对大桥上大量的传感器产生的信号进行离线处理。

  硬件系统设置

  对东海大桥实施监控需要使用超过500个传感器,在大桥每段都放置了加速度计和FBG光学传感器,来采集环境激励所引起的频率响应。同时,大桥还配备了风速仪和压式传感器,以记录频率响应所对应的环境条件。大桥每一段还设有一个数据采集站,配备NI PXI-4472B动态信号采集卡(DSA)从周围的加速度计采集相关数据。

  另外,我们使用NI PXI-6652同步模块和 NI PXI-6602计数器模块,以及NI PXI-8187机箱控制器,来解决数据采集的同步问题。

  在对东海大桥上的系统进行设置时,我们给每个PXI机箱都安装了一个GPS,使用脉冲每秒(PPS)和IRIG-B定时信号分别进行信号同步和时间标识。PPS每秒传输一千万脉冲,为每个机箱提供采样基准时钟。这使得采集模块可以在100纳秒的分辨率下对大桥上所有设备的通道实现精确同步采样。

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