无线传感器的应用

                                            无线传感器的应用

桥梁健康检测及监测
　　
　　桥梁结构健康监测（SHM）是一种基于传感器的主动防御型方法，可以弥补目前安全性能十分重要的结构中，把传感器网络安置到桥梁、建筑和飞机中，利用传感器进行SHM是一种可靠且不昂贵的做法，可以在第一时间检测到缺陷的形成。这种网络可以提早向维修人员报告在关键结构中出现的缺陷，从而避免灾难性事故。
　　
　　粮仓温湿度监测
　　
　　无线传感器网络技术在粮库粮仓温度湿度监测领域应用最为普遍，这是由于粮库粮仓温度湿度的测点多，分布广，使用纵横交错的信号线会降低防火安全系数，应用无线传感器网络技术具有低功耗，低成本，布线简单，安装方便，易于组网，便于管理维护等特点。
　　
　　混凝土浇灌温度监测
　　
　　在混凝土施工过程中，将数字温度传感器装入导热良好的金属套管内，可保证传感器对混凝土温度变化作出迅速的反应。每个温度监测金属管接入一个无线温度节点，整个现场的无线温度节点通过无线网络传输到施工监控中心，不需要在施工现场布放长电缆，安装布放方便，能够有效解决温度测量点因为施工人员损坏电缆造成的成活率较低的问题。
　　
　　地震监测
　　
　　通过使用由大量互连的微型传感器节点组成的传感器网络，可以对不同环境进行不间断的高精度数据搜集。采用低功耗的无线通信模块和无线通信协议可以使传感器网络的生命期延续很长时间。保证了传感器网络的实用性。
　　
　　无线传感器网络相对于传统的网络，其最明显的特色可以用六个字来概括即：“自组织，自愈合”。这些特点使得无线传感器网络能够适应复杂多变的环境，去监测人力难以到达的恶劣环境地区。BEETECH无线传感器网络节点体积小巧，不需现场拉线供电，非常方便在应急情况下进行灵活部署监测并预测地质灾害的发生情况。
　　
　　建筑物振动检测
　　
　　建筑物悬臂部分不会因为旁边公路及地铁交通所引发的振动而超过舒适度的要求；通过现场测量，收集数据以验证由公路及地铁交通所引发的振动与主楼悬臂振动之相互关系；同时，通过模态分析得到主楼结构在小振幅脉动振动工况下前几阶振动模态的阻尼比，为将来进行结构的小振幅动力分析提供关键数据。采用法国Beanair公司的无线加速度传感器和丹麦的Artemis公司的OMA模态分析软件 。
　　
　　本次应用采用高精度加速度传感器，捕捉大型结构微弱振动，同样适用于风载，车辆等引起的脉动测量。

实验模态分析是研究复杂结构动力特性的重要手段,在结构设计、振动控制、损伤识别及健康监测等方面具有重要的作用。目前,在实验模态分析中,主要采用有线连接的方式进行数据测量,但是有线采集系统的现场布线比较复杂、部署成本较高,且部署好之后,系统的可维护性和扩展性较差,特别地对于一些大型结构设备的模态分析,其劣势更加明显。新型的无线传感器网络具有结构简单、维护费用低、安装部署方便、扩展性好等优点,能有效弥补有线数据采集的不足,使用无线传感器网络作为实验模态分析数据采集方式,能更好的为工程实际服务。本文以实验模态分析为应用背景,研究了无线传感器网络的网络拓扑、路由及多测点高速同步数据采集方法,并研究了短样本模态参数识别方法,最后,设计开发了面向实验模态分析的无线传感器网络数据采集系统。 分析了实验模态分析中无线传感器网络的关键技术及难点,针对实验模态分析的需要,重点研究了网络拓扑结构、路由协议及多测点同步高速采集机制。提出了基于虚拟簇头节点对的分簇路由协议及时间同步算法,将时间同步与网络路由相结合,能很好的适应实验模态分析数据测量,有效地降低节点能耗。 针对高频采样条件下,无线传感器网络只能采集有限的短样本信号,提出了基于分段频谱细化的频响函数优化方法,在不增加分析样本的前提下,有效提高频响函数精度。仿真与实验分析表明,本文方法能有效提高模态参数识别精度。 基于MICAz传感器节点及MoteWorks无线传感器网络开发平台,设计开发了高速数据采集、数据可靠传输、基于虚拟簇头节点对的分簇路由及时间同步等组件。并使用模块化的编程方法,设计开发了数据终端面向实验模态分析的无线传感器网络数据采集系统。 最后,搭建了无线传感器网络模态分析实验平台,对本系统的有效性进行验证,通过与有线数据采集模态参数识别结果进行对比,验证了本文系统可以应用到实验模态分析中。