基于无线传感网络的大型结构健康监测系统_尚盈
基于无线传感网络的大型结构振动测试系统应用
Ｋｅ Ｗ ｏｒ ｓ： ｒ ｌ ｓ Ｓ ｓ ｒ ｙ ｄ Ｗｉｅ ｅ ｓ ｅｎ ｏ Ｎｅ ｗ ｏ ｋｓ： ｂ ａ ｉｎ ：ｅ ｔ ｔ ｒ ｖｉ ｒ ｔｏ ｔ ｓ
１ 前 言
２ 基于无线 传感器 网络 （ Ｎ 的 为 更 好 的保 护 建 筑 提 供 帮 助 【 Ｓ ｋ ｎ ｉ ＷＳ ） ９ ｕ ｕ Ｋ 】 。
土 木 结 构 在 使 用 过 程 中 ， 料 老化 、 材 载 环境 振动 测试 ｍ，ｈ ｍｉ Ｐ ｋ ａ 等在 美 国 的金 门大 桥上 Ｓ ａ ｍ ａ ｚｄ 荷 的长 期效 应 、 疲劳 效 应 、 突变 效 应 、 境 侵 环 ２ １ 基 于 无 线 传 感 器 网络 （ Ｎ 安 装 了６ 个无 线 传感器 网络节 点 ， 行环 境 ． ＷＳ ） ４ 进 蚀 等 因素 的耦 合作 用 ， 可避 免地 导 致 结 构 的振 动 测 试 系统 研 究 进 展 不 激 励下 的 振动 测 试 ， 出 了结构 的模 态频 率 得 的 损伤 累计 和 抗力 衰 减 ， 使其 抵御 自然 灾 致 尢 线 传感 器 网 络是 现 代 传感 器 技 术 、 微 及 振 型 ， 与理 论符 合的 很 好¨ Ｂ ｕ ｇ ｗａ ３ ｙ ｎ— ｎ 】 。
・
应 用研 究 ・
基 于 无线 传 感 网络 的 大 型 结 构振 动 测 试 系统 应 用
刘俊 磊 周 华 飞 樊 可清 １ 五 邑大 学 信 息 工程 学 院 广 东江 门 ５ ９ ２ ： ． ２ ０ ０
２ 香港 理工大学深圳研 究院智 能结 构健康 监测研 发中心 深 圳 ５ ８ ５ ； ． １ ０ ７
基于无线传感器网络的智能医疗监测系统设计与实现
基于无线传感器网络的智能医疗监测系统设计与实现智能医疗监测系统是指利用无线传感器网络技术，实时监测和记录患者的生理参数，并通过数据分析和处理，为医生和患者提供精准的医疗服务。
本文将针对基于无线传感器网络的智能医疗监测系统的设计与实现进行详细介绍。
一、系统的设计思路和功能需求智能医疗监测系统主要包括传感器节点、数据传输模块、中心监控平台和患者终端设备。
传感器节点负责采集患者的生理参数数据，如心率、血压、体温等，并将数据传输至中心监控平台。
数据传输模块主要负责传输采集到的数据，可以采用无线传感器网络技术，如Wi-Fi、蓝牙等。
中心监控平台接收传感器节点传输的数据，并进行数据处理和分析，提供患者监测信息的展示和医疗决策支持。
患者终端设备可以通过手机、平板等移动终端设备接收监测数据，并提供相关提示和建议。
系统的功能需求主要包括以下几个方面：实时监测和记录患者的生理参数数据，如心率、血压、体温等；数据传输模块能够稳定、快速地传输采集到的数据；中心监控平台能够实时接收、处理和分析传感器节点传输的数据，提供实时监测信息和医疗决策支持；患者终端设备能够方便地接收和展示监测数据，并提供相关的提示和建议。
二、系统的技术实现1. 传感器选择与布置传感器是智能医疗监测系统的核心组成部分，影响监测数据的准确性和稳定性。
针对不同的生理参数，选择相应的传感器。
例如，心率可以使用心电传感器，血压可以使用血压传感器，体温可以使用温度传感器等。
在布置传感器时，要考虑患者的舒适度和监测效果。
例如，心率的监测可以选择贴身佩戴的心电传感器，血压的监测可以选择手腕式或臂式血压传感器。
2. 数据传输模块设计数据传输模块主要负责传输采集到的数据。
可使用无线传感器网络技术实现数据的快速、稳定传输。
可以选择Wi-Fi、蓝牙等无线通信协议，根据实际需求进行设计。
需要考虑传输的稳定性和功耗的问题，确保数据的可靠传输，同时降低系统的能量消耗。
可以通过定期传输、数据压缩等方法来实现。
结构健康监测的无线传感器及其网络系统
结构健康监测的无线传感器及其网络系统一、本文概述随着科技的不断进步和智能化趋势的加速，无线传感器网络技术正逐渐成为结构健康监测领域的关键技术。
这些微型化的无线传感器可以部署在各种结构体的关键部位，通过实时采集和传输数据，实现对结构健康状况的实时监控和预警。
本文旨在探讨结构健康监测的无线传感器及其网络系统的基本原理、关键技术、应用现状和发展趋势，以期为该领域的研究和应用提供有益的参考和启示。
本文将介绍结构健康监测的重要性和紧迫性，阐述无线传感器网络在结构健康监测中的优势和潜力。
接着，将详细介绍无线传感器的基本原理、分类和特点，以及无线传感器网络系统的组成、通信协议和数据处理方法。
在此基础上，本文将重点分析无线传感器网络在结构健康监测中的应用案例和实际效果，包括桥梁、建筑、大坝等各类结构体的健康监测。
还将探讨无线传感器网络在结构健康监测中面临的挑战和问题，如传感器精度、数据传输稳定性、能量消耗等。
本文将展望无线传感器网络在结构健康监测领域的发展前景和趋势，包括新型传感器的研发、数据传输技术的改进、数据分析方法的优化等方面。
通过对结构健康监测的无线传感器及其网络系统的深入研究，可以为相关领域的科技进步和工程实践提供有力支持，为保障结构安全、预防灾害事故提供有力保障。
二、无线传感器网络在结构健康监测中的应用无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）在结构健康监测中的应用已经引起了广泛的关注和研究。
由于其无需布线、灵活性高、可快速部署和易于维护等优点，WSNs已成为桥梁、建筑、大坝等土木工程结构健康监测的理想选择。
在结构健康监测中，WSNs能够实时监测结构的应力、应变、位移、振动等多种参数，通过对这些数据的采集、传输和处理，可以及时发现结构的损伤和异常，从而预防安全事故的发生。
同时，由于WSNs的无线通信特性，可以方便地实现数据的远程传输和集中管理，提高了监测效率和数据处理能力。
基于无线传感技术的大型起重机械监测系统开发与应用
ｆ ｒｔ ｅ ｅａ ｈ ｅ ｅ ｎ ｓｈ ｖ ｅ ｎ ｐ ｒ ｒ ｄ ｏ ｉ ｏ ｓ ｃ ｉ ｖ ｍｅ ｔ ａ ｅｂ ｅ ｅｆ ｍｅ ｎ ｓｔ ｈ ｏ ｅ，ｗｉ ｘ ｅｌ ｎ ｆ ｃｓ Ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｍａｎ ｙｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｔ ｅ ｃ ｌ ｔ ｆ ｔ． ｈ ｙ ｔ ｍ ｉｌ ｏ ｏ ｅ ｆ ｅｅ ｓｓ ｎ ｈ ｅ ｅｅ ｓ ｗｉ ｉｇ ｓ ｓ ｍ ， ｄ ｔ ｏｌ ｃｉｎ ｇ ｔｗ ｙ ｄ ｔ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｓ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃｕ ａ ｅ ｔ ｖ ｌ ａｉ ｎ ｓ ｓｅ Ｔ ｅ ｈ ａｔ ｎ ｔｒｎ ｎ ｙｔ ｅ ａａ ｃ ｌ ｔ ａｅ ａ ， ａ ａ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｅ ｖ ｒａ ｄ ｓ ｕ ｔｒ ｌｈ ａ ｈ ｅ ａｕ ｔ ｙ ｔｍ． ｈ ｅ ｈ ｍｏ ｉ ｉ ｇ ｅ ｏ ｒ ｌ ｏ ｌ ｏ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ａｇ ． ｃ ｌ ｏ ｓ ｎ ｃ ｉｅｙ ｃ ｎ ｎ ｔｏ ｌ ｅ ｉ ｅ ． ｍｅ ｍｏ ｉ ｒｎ ｒｈ ａ ｈ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｏ ｏ ｓ ｎ ． ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｌｒ ｅ ｓ ａｅ ｈ ｉｔ ｇ ｍａ ｈ ｎ ｒ ａ ｏ ｎｙ ｒ ａ ｚ ｒａ ． ｎ ｔｉ ｇ ｆ ｅ ｈ ｏ ｄ ｔ ｎ ｆｈ ｉｔ ｇ ｍａ ｆ ． ｉ ｌ ｅ １ ｔ ｉ ｏ ｏ ｉ ｉ ．
ｃ ｉ ｅｙ ｓ ｕ ｔ ｒ ｈ ｎ ｒ ｔ ｃｕ ｅ，ｂ ｔａｓ ｉ ｌ ￣ ｔ ｅ ｓｇ ｓ ｏ ｏ ｓ ｎ ｃ ｉ ｅ ｙｆ ｉ ｒ ｏ ｐ ｅ ｅ ｔａ ｒ ｐ ｉａ ｔ ｕ ｃ ｉ ｅ ｔ ， ｈ ｎ ｅ ｒ ｕ ｏ ｔ ｌ ｍｅｙ ｃ ｕ ｉｎ ｆｈ ｉｔ ｇ ｍａ ｈ ｎ ｒ ａｌ ｅ ｔ ｒ ｖ ｎ ｂ ｔｄ ｓ ｓｒ ｓａ ｃｄ ｎ ｓ ｒ ｉ ｕ ｕ ｏ ｅｃ ｔ ｖ ｉ ｅ ｏ ｓｃ ｓ ａｔ ｓ ａ ｄ ｐ ｏ ｅｔ ｏ ｓ ｏ ａ ｏ ｄ ｓ ｒ ｕ ａ ｕ ｉ ｎ ｒ ｐ ｒｙ ｌｓ ． ｉ ｌ ｅ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｈ ｉｔ ｇ ｍａ ｈ ｎ ｒ ； ｗ ｒｌ ｓ ｅ ｓｎ ；ｈ ａｔ ｎ ｔｒ ｇ ａ ｐｉ ａｉｎ ｙ ｒｓ ｏ ｓ ｎ ｃ ｉｅ ｉ ｙ ｉｅｅ ｓ ｓ ｎ ｉ ｇ ｅ ｌ ｍｏ ｉ ｉ ； ｐ ｌ ｔ ｈ ｏｎ ｃ ｏ
基于无线传感器网络的智慧医疗健康监测系统设计
基于无线传感器网络的智慧医疗健康监测系统设计智慧医疗健康监测系统的设计随着科技的发展，智慧医疗健康监测系统在医疗行业中扮演着越来越重要的角色。
基于无线传感器网络的智慧医疗健康监测系统将传感器技术、无线通信技术和云计算技术融合在一起，为医疗机构和患者提供了更加便捷高效的健康监测解决方案。
一、智慧医疗健康监测系统的基本原理智慧医疗健康监测系统基于无线传感器网络，其基本原理包括传感器数据采集、信号传输、数据处理和信息展示。
1. 传感器数据采集智慧医疗健康监测系统中的传感器可以采集各种人体生理参数，例如体温、心率、血压、血氧饱和度等。
传感器可以直接安装在患者身上或者由患者佩戴，实时采集生理参数，并将数据传输给系统。
2. 信号传输采集到的生理参数数据通过无线传感器网络传输给远程服务器或云平台。
传输方式可以包括蓝牙、WiFi、Zigbee等。
3. 数据处理远程服务器或云平台接收到传感器数据后，对数据进行处理和分析。
这些处理和分析包括数据过滤、去噪、特征提取等，以获取准确的健康状况信息。
4. 信息展示处理完的数据可以通过Web界面、手机App等方式展示给医护人员和患者。
医护人员可以实时监测患者的健康状况，并立即采取相应的医疗干预措施。
患者也可以通过系统了解自身的健康状况，做出相应的调整。
二、智慧医疗健康监测系统的优势基于无线传感器网络的智慧医疗健康监测系统带来了许多优势。
1. 实时监测传感器可以实时监测患者的生理参数，医护人员可以迅速了解患者的健康状况，并及时做出相应的医疗干预。
2. 方便性和移动性患者可以佩戴或携带传感器设备，无需到医疗机构进行监测，提高了患者的舒适度和独立性。
同时，医护人员也可以通过移动设备随时获取患者的健康数据，提高工作效率。
3. 数据集中管理智慧医疗健康监测系统将患者的健康数据集中管理，降低了数据的丢失和混乱风险。
可以通过云平台将数据备份和同步，确保数据的可靠性和完整性。
4. 患者教育和自我管理患者可以通过系统了解自身的健康状况，学习如何进行自我管理和保健。
无线传感网络在大型机电系统健康监测中的应用
Ｖ０． ８ Ｎｏ １ １２ ． １
ＮＯ ２０ ６ Ｖ． ｏ
文章 编 号 ： ０ １ ７—１４ ２ ０ ） １ １５— ３ ０ ４ Ｘ（ ０ ６ １ —０２ ０
无线传 感 网络在 大型 机 电 系统健 康 监 测 中的应用
邓 鳌
（ 武汉理工大学 信息工程学 院， Ｉ 洲： Ｌ武汉 ４０ ７ ） ３ ００
实时快速反应的能力 。 ３ ３ 开 放－ ． 陛 大型复杂机电系统与环境之间有各种物质 、 能量和信息交换 ， 系统外部环境按一定规律随着 时间变化 ， 不同程度地影响着设备的参 数和运行
状态 。 ３ ４ 寿命周 期长 ．
图 ２ 典 型传感节 点的结构
大型复杂机 电系统能够长期服役 ， 尽可能通
传 感 区域 传 感 节 点
图 １ 典 型传感 网络 的结构
目前的健康监测系统常在监测 的设备上布置
监测点和传感器 ， 通过现场总线 （ Ａ ） Ｃ Ｎ 传输采集 的数据构成低层 网络。这种 系统需要大量在监测
设备上布置大量电缆以及各种导线 。在设备的小
传感器网络系统通 常包括传感器节点 、 汇聚
任务以及收集监测数据。
不需要任何固定网络 的支持 ， 安装简单方便 ， 系统 ３ 大型 复 杂 机 电 系统 的 特 点及 对 无 线传 稳定可靠 、 可维护性好 。 感 网络监 测 系统 的要 求
２ 无线传 感网络概 述
无线传感器网络是 由大量微型 、 智能、 低功耗 传感器以某种网络协议构成的无线网络 ， 目的是 其 协作地感知、 采集和处理网络覆盖的地理区域中感
知对象的信息 ， 并发布给观察者 。它综合了传感 Ｊ
器技术、 嵌入式计算技术 、 分布式信息处理技术 以 及无线通信技术。传感器网络结构如图 １ 所示。
一种无线传感网络在结构健康监测系统中的应用
Ｉ－ ■ 监测系统 中的应用
魏 哲 徐 琛 叶 亮 谢莎莎
４０５） ３００ （ 武汉 市洪 山区武 汉理 工大 学 湖北 武 汉
［ 摘 要 ］ 文着重 介 绍 了如何 将 种树 形无 线传 感 删络应 用 于网架 结构 健康 监 测系统 ， 本 包括 整个 网络 采集 系统 的组 成框 架 软硬件 原理 以及 工作 原理 。 ［ 关键词 ］ 健康监 测 数据 采集 Ｎ ＦＥ Ｒ ９５ 中 图分类 号 ：Ｐ ７ Ｔ２ ４ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ９ ９ ４ ２ Ｌ ） ２ ０ ０ １ １ ０ — １Ｘ（Ｏ Ｏ １— ３ ８ Ｏ
构 ：ｂ ｌ据理ｌ 接 数处
口
型 正 一警 — 修
信 息分析和
参数 Ｉ － — 。 —
信 号采 集 与
传感器系｛ 定
处理系统
系 统
监 控系统
图 １ １ 结构健 康监 测系 统总 流程 图 ． 传 感器 系统 ： 括应 变盒 、信号 放大 处理 器及 连接介 面等 ， 包 并将待 测物 理 量 转 变 为 电信 号 。 信 息采 集 与处理 系统 ： 括信 号采 集器 及相 应 的数据 存储 设 备等 。安装 包 于待 测构 中。 信息通信 与传 输系 统 ： 括信 号ｆｋ 包 ｓ调制 方式进 行 点对点 或点对 多 点的无 线 网络 传输 ， 再将 采集 并 处理 过 的数 据传 输 到监 控 中心 。 信息分 析和 监控 系 统 ： 括高 性 能计算 机及 分析 软件 。利 用具 备损 伤诊 包 断功 能 的软硬件 分析 相应 数据， 判断损 伤 的发生 、位 置和 程度 ， 结构 健康状 对 况做 出状态 评估 ， 若发 现异 常，发出报 警 信息 。
基于无线传感网络技术在人体健康监测中的应用
科技资讯2016 NO.17SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION信 息 技 术12科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION在现代医学领域中,生物医学健康评估成为了医学界和信息工程技术界重点关注的新兴学科。
随着近现代传感网络技术的突飞猛进,利用传感器对脉搏信息进行定量分析,逐渐成为了解决临床医学和实验研究的重要手段和重要依据,更是在人类健康领域中普遍关注的课题之一。
脉搏作为心血管健康系统的重要组成部分,是人体健康状态的重要体现,作为人体日常生活中输送营养成分和表达各种生理病理特征的重要传播途径[1]。
现代智能计算机技术的高速发展为医学研究领域打下了良好基础,也成为脉搏信息研究和发展的必然。
而单片微型计算机集灵敏的反映、快速的计算和复杂的数据处理能力于一体等优势,使其对脉搏的处理更加准确和有效。
该文采用单片嵌入式系统和现代无线通讯技术,并结合PC及移动智能终端设备,提出了处理脉搏信号的新方案。
监测方案主要由嵌入式传感系统与无线通讯模块组成,具有传递速度快、系统结构简单等优点。
传感器对有效数据实时采集,并通过无线技术及时地将数据传送给上位机和智能手持设备,实时动态地反映被监测点的情况。
1 系统方案及技术论证1.1 硬件系统结构硬件系统的设计方案如图1所示,其主控制器采用TI公司生产的MSP430F149单片机,它是一款采用16位精简指令系统,是一款真正具有16位总线带Flash的单片机,外设和内存进行统一编址,寻址范围多达64k,片上外围模块及其丰富,片内还集成有精密的硬件乘法器,可以直接在结果寄存器中读取计算数据,大大节省了CPU的软件资源;有一个14路的12位模数转换器,满足系统中脉搏心率传感器信号采集的需要;集成两路UART通信端口,可以同时和上位机模块与无线通讯模块之间进行通信。
内部有硬件SPI同步串行总线接口,使得和语音模块之间的通信可以大大降低MCU功耗,可以在14mA左右电流下正常工作,因此它是一款具有超低功耗的单片机,作为可穿戴设备的首选,更适合用电池长时间供电的工作场所。
基于无线传感器网络的远距离结构健康监测
基于无线传感器网络的健康体检系统
［ 三］
图１ ： 健 康 体 检 监 测 系统
无线 传感 器 网络通 常 由大 量密 集部 署在 某个监测 区域 的传感器 节点以及一个或多个位 于区域 内或 区域 附近 的数据 汇聚节点组成 。这 些传感器节 点体 积小，但配备有传感器 、嵌入 式微处理器和无线收发器等器件 ， 集信 息采集 、
参数传递 。 业务逻辑层为 了实现业务接 口函数 ， 符合系统 的功能。分层系统架构设计 己成功在 软件系 统被广 泛应用。分层设计可 以使系统分 工，有利于系统修改与维护 ， 增 强系 统灵活性。 总会出现业务流程改造的情况 ，然而接 口的功
数据处理和无线通信 等功能于一体 ，能够通过 能。在 系统的需求下 ，转换调用顺序可 以实现 【 关键词 】无线传感器 无线传感 器网络 健康 无 线 通 信 和 自组 织方 式 形 成 网 络 ， 可 以检 测 和 不 同功 能，不用对接 口进行再次开 发，体 现了 处理监测 区域 内的各种环境数据或 目标信 息， 体 检 智 能 终 端 系统 的可扩展 性 。 细化 系统三 层把 它们分 为 并将所监测 到的数据和信息传送给汇 聚节 点， 表 示 层 、 应 用 层 、 服 务 层 、 实体 域 、 数 据 层 。 从 而 协 作 完成 指 定 的 监 测 任 务 。 同 时 ，传 感 器 各 层 之 间 相 互 连 接 相 互 贯 通 ，体 现 了系 统 的 连 当前信息化 的不断进步 ，无线传感器技术 节 点还 可 以通 过 汇 聚 节 点 作 为 网关 ，与 现 有 的 通性。表示层划分为表示层 和应 用层。功能是 网络基础设施 （ 如互联 网、卫星网 、移动通 信 也在各个领域得 到了深 入的发展。借助于现在 显示系统的页面情况 ，应用层功 能是进 行信息 建立 连接，使远程 的监控中心或终 端用 日益发展起来 的无 线传 感器，建立起不受环境 网等 ） 交换，通过参数传递并成功 发送 信息。服务层 户 能够 使 用采 集 到 的 数 据 和 信 息 。该 系统 以 智 和距离高度 限制 的无线传 感器网络，移动终端 用 ＸＭＬ语言，为业 务类服务 提供业务功 能接 ｄ ｒ ｏ ｉ ｄ操 作 系 统 平 台 ，用 户 通 通过采集大 量数 据，建立起健康体检系统数据 能 终 端 设 备 的 Ａｎ 口。实体层是数据实体 ，通 过数据验证和封装 过手机 与无线传感器 网络建立联系 ，将无线传 库， 可 以实时对身体各项指标进行监控和记录 ， 完成数据。 感 器处理后的数据反映到手机 中，让用户 可以 并且提供健康 常识的查询，通过数据分析反馈 其具体工作原理见 图 ２ 。 健康状况 并且给 予药物 治疗的方法的功能 。对 随时查 看健康 状况。 ２ ． １ ． ２无线传感器进行健康监测 ３ 结 论 提 高我们 健康提供便捷 ，准确 的监测数据 ，帮 通过 表面 粘贴 的传 感器 作 为神经 系 统使 助用户 了解 自身的身体状况 ，有希望成为每个 本 系统借 助 于现在 日益发展 起 来 的无线 用， 来对使用者的重要征兆 （ 血压、 脉搏和呼吸 ） 家庭不可或 缺的 “ 私人 医生”。 传感器 ， 通过实 时监测 ，收集和分析各项数据 ， 进行测量 。该系统在腕环设备 中嵌入 半导体传 建立起健康体检系统数据 库，通过数据分析检 １ 无线 传 感 器在 国 内 外 应 用 现 状 感 器 ， 帮 用 户 随 时 了解 自己 的 状 况 ， 利 用 无 线 测身体健康状 况，并且提 供健康常识 的查询 ， 通信传递必要的信息 ， 来感知和预报身体状况 。 最 近 几年 ，尤其 是 无线通 信 、集成 电路 通过数据分析反馈健 康状 况并且给予药物治疗 ２ ． １ ＿ ３无线传 感器 系统对 用户 提 出帮助和解 决 和传感器等 技术 的飞速 发展， 使得大批低成本 、 的建 议 。 问 题 低 功耗、多功能的无线传感器 占据 了大量 的市 对 于创 建这 样一 套 健康 体检 系统 ，基于 根据 已经检 测 的健康 状况 ，在 后 台数据 场 。而随之发展的还有无线传感器 网络 。无线 所学 的计算机程序 语言及其容易开发 出来 ，但 库进行对 比查找 ，针对 不同用户的各项身体指 传感 器网络近几年来在世界上有着广泛 的应 用 是在系统推广上还 有不足，无线传感器 网络数 标反馈不 同的健康建议 ， 并显示在手机客户端 。 市 场 。它 不 仅 仅 是 在 在 工 业 、农 业 、 军事 、环 据完整性 问题 、传感 器成本 问题及能源供给 问 境 、等传统领域取得 了巨大成就 ，还 在医疗和 护 理 领 域 也 得 到 了快 速 发 展 。罗 彻 斯 特 大 学 的
结构健康监测的无线传感器及其网络系统共3篇
结构健康监测的无线传感器及其网络系统共3篇结构健康监测的无线传感器及其网络系统1结构健康监测是现代建筑工程的一个重要领域，主要用于对建筑结构的状况进行实时监测和分析，以便及时发现并处理建筑结构中的问题，保障建筑安全。
无线传感器及其网络系统是实现结构健康监测的关键技术之一。
一、无线传感器的概念和技术无线传感器是一种自动采集、处理、传输信息的微型化设备，通常包括传感器、信号转换器、微处理器、存储器、通信模块等组成部分，它具有高精度、低成本、低功耗、高可靠性、小型化等优点。
对于结构健康监测来说，无线传感器可用于实时、连续地监测结构物的变形、应力、温度、湿度、振动等参数，以便及早发现问题并采取有效措施，保证建筑安全。
目前，常见的无线传感器主要有以下几种：1. 基于称重传感器的无线传感器：本质上是利用称重传感器测定结构物的荷载情况，然后以脉冲码或数字信号的形式将数据传输到数据采集器或上位机中。
这种无线传感器适用于桥梁、大型建筑等大型结构物的监测。
2. 基于应变传感器的无线传感器：运用电阻应变传感器测量结构体的应变值，然后经过放大、滤波、A/D转换等处理后，将数据通过射频、移动通信等方式传输到主机、平台等设备中。
这种无线传感器广泛应用于桥梁、道路、隧道、大型建筑等建筑领域。
3. 基于加速度计的无线传感器：通过利用加速度计测量结构物的振动特性，实现对结构物的有效监测。
这种无线传感器多应用于地铁隧道、高速公路、码头等基础设施领域。
二、无线传感网络系统无线传感网络系统是一种基于无线通信技术的结构健康监测系统。
其核心是由一组无线传感器节点组成的网络，这些节点可对结构物进行连续、多点、实时的监测，通过无线通信技术将获取到的数据传输到数据采集器或者云端平台等设备中，同时也可对无线节点进行适当的数据处理和介质管理。
1. 无线传感网络系统的优势：（1）实现大量节点的无缝集成：无线传感器节点的特点在于体积小，可伸缩性强，通过无线通信技术能够实现节点数量的快速扩展，从而打造高分辨率的监测系统，保证结构健康安全。
基于生物传感器的无线健康监测系统设计与实现
基于生物传感器的无线健康监测系统设计与实现近年来，随着科技的迅猛发展，无线健康监测系统在医疗领域得到了广泛关注和应用。
这些系统通过使用生物传感器，能够实时监测人体生理参数，并将数据通过无线通信方式传输到监测设备或云平台上，为患者和医疗人员提供准确的健康数据。
本文将介绍基于生物传感器的无线健康监测系统的设计与实现。
首先，我们将从系统的硬件和传感器选择、系统架构设计、数据传输与处理、系统安全性等方面进行详细讨论。
在硬件和传感器选择方面，首先需要根据监测需求选择合适的传感器。
常见的生理参数监测包括心率、血压、血氧饱和度等。
我们可以选择心率传感器、血氧传感器和血压传感器等多种传感器来实现监测功能。
这些传感器可以通过无线方式与监测设备或移动终端连接，方便用户实时获取健康数据。
在系统架构设计方面，我们可以将系统分为传感节点和监测设备两个部分。
传感节点负责采集生物传感器的数据，并将数据通过无线通信方式传输到监测设备上。
监测设备可以是个人计算机、智能手机或专用的健康监测设备。
监测设备通过数据接收与处理模块，对传感节点传输过来的数据进行处理和分析。
同时，监测设备还可以将数据存储到云平台上，方便用户以及医疗人员随时查看和分析。
在数据传输与处理方面，无线通信技术是关键。
我们可以选择蓝牙、Wi-Fi或者移动通信网络等方式来实现数据的传输。
其中，蓝牙技术适用于短距离无线通信，适合于个人监测设备与传感节点之间的连接；Wi-Fi技术适用于局域网内的通信，适合于与家庭网络相连的监测设备；移动通信网络则适用于较大范围的数据传输，适合于跨地区的远程监测。
在系统安全性方面，我们需要考虑数据的保密性和完整性。
可以使用加密算法对数据进行加密，确保数据在传输过程中不被窃取。
此外，我们还可以对系统进行身份验证和访问控制，以防止非法访问和操纵系统。
最后，我们需要进行系统的实现和测试。
在实现方面，需要编写传感节点的控制程序，实现数据采集、处理和无线通信等功能。
基于无线传感网络的大型结构健康监测系统
基于无线传感网络的大型结构健康监测系统尚盈;袁慎芳;吴键;丁建伟;李耀曾【期刊名称】《数据采集与处理》【年(卷),期】2009(024)002【摘要】针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判剐了集中载荷模拟的损伤位置.本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成.为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块.实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易雏护和搭建移动方便等优点.【总页数】5页(P254-258)【作者】尚盈;袁慎芳;吴键;丁建伟;李耀曾【作者单位】南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016;南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016;南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016;南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016;南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】P2;TP9【相关文献】1.基于B/S架构的大型桥梁结构健康监测系统技术研究 [J], 吴巨峰;郭顺生2.基于无线传感网络的大型结构振动测试系统应用 [J], 刘俊磊;周华飞;樊可清3.基于无线传感网络的大型结构振动测试系统应用 [J], 刘俊磊;周华飞;樊可清4.基于无线传感网络的电力风机健康监测系统 [J], 叶平;董文豪;党文超;张海峰5.大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术分析 [J], 董招生; 咸云飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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文章编号:1004-9037(2009)02-0254-05基于无线传感网络的大型结构健康监测系统尚 盈 袁慎芳 吴 键 丁建伟 李耀曾(南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016)摘要:针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判别了集中载荷模拟的损伤位置。
本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成。
为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块。
实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易维护和搭建移动方便等优点。
关键词:无线传感网络;结构健康监测;层次路由协议;自组织竞争网络中图分类号:T P2;T P9 文献标识码:A 基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划(2007AA 032117)资助项目;国家自然科学基金(60772072,50420120133)资助项目;航空基金(20060952)资助项目。
收稿日期:2007-09-05;修订日期:2008-04-17Large -Scale Structural Health Monitoring System Basedon Wireless Sensor NetworksS hang Ying ,Yuan Shenf ang ,Wu J ian ,Ding J ianw ei ,L i Yaoz eng(T he A ero nautic Key La bo rat or y o f Smart M ater ial and Str uct ur e,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics and A str onautics,N anjing,210016,China)Abstract :Aimed at the large-scale structure and anisotropy nature o f the carbon fiber compos-ite material w ing box ,a large-scale structural health m onitoring system based on w ireless sen-sor netw orks is presented .A kind of artificial neural netw ork is designed to distinguish the damag e locatio n simulated by the co ncentrated load .The sy stem co nsists o f the sensor data ac-quisition,the w ireless sensor netw or ks,and the terminal monitoring sub-sy stem s.To im pro ve the performance o f the system ,the signal conditio ning circuit and the hierarchical routing pro -to col are designed based o n w ireless sensor netw orks ,the prog rams of data acquisition and Sink node are ex ploited.Experimental result pro ves that the system has advantag es of flexibili-ty o f deplo yment,low maintenance and deploym ent costs .Key words :w ir eless senso r netw or ks ;str uctural health monitoring ;hierarchical routing ;self -org anizing com petitive netw o rk引 言结构健康监测技术是采用智能材料结构的新概念,利用集成在结构中的先进传感/驱动元件网络,在线实时地获取与结构健康状况相关的信息(如应力、应变、温度、振动模态、波传播特性等),结合先进的信号信息处理方法和材料结构力学建模方法,提取特征参数,识别结构的状态,包括损伤,并对结构的不安全因素在其早期就加以控制,以消除安全隐患或控制安全隐患的进一步发展,从而实现结构健康自诊断、自修复、保证结构的安全和降低维修费用[1]。
无线传感网络节点具有局部信号处理的功能,第24卷第2期2009年3月数据采集与处理Jour nal of D ata A cquisition &P ro cessing Vo l.24N o.2M a r.2009将传统的串行处理、集中决策的系统变成并行的分布式处理,提高了检测系统的运行速度和灵活性。
另外,无线传感网络组成的分布式监测系统最大程度地减少了器件连线,减低了系统的搭建、维修费用和难度。
本文选取碳纤维复合材料的大型结构作为研究对象。
碳纤维复合材料由于其强度高、比模量大、耐疲劳、耐高温和耐腐蚀等优良性质,已经在飞行器结构中得到大量的应用。
以往对于碳纤维复合材料结构的损伤监测大都以小试件来对其进行研究,针对实际的大型碳纤维复合材料结构进行损伤监测的研究较少。
飞行器复合材料结构往往形式较复杂,带有加强用T 字型桁条和紧固用螺丝孔,而且材料具有不均匀性和多向异性,这使其内部的损伤特性复杂,损伤形式更多表现为脱层,在结构表面可能完全看不出损伤迹象。
现有的各种无损检测方法很难对复合材料结构损伤进行准确的实时在线损伤监测。
本系统在结构上布置电阻应变传感器,通过对应变场变化的分析,可以及时发现并确定结构损伤的位置。
针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,设计了可直接配接无线传感网络的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块,实现了基于无线传感网络的多点应变监测系统,实验结果显示系统很好地实现了数据可靠传输、短时延、时间同步的性能,并采用神经网络方法判别出结构损伤的位置。
1 多点应变监测系统选取实际飞机结构中常用的碳纤维复合材料壁板作为研究对象,壁板尺寸为1000mm ×1800mm ,壁板一面粘贴有加强T 字型桁条,板上有加强用螺丝通孔,板厚为2.84mm,铺层共22层,单层厚度为0.12mm 。
T 字型桁条铺层共10层,单层厚度0.12mm 。
由于此碳纤维复合材料壁板尺寸比较大,本文选取上中部由桁条和螺丝通孔组成一部分300mm ×400mm 的区域作为研究对象,在区域内均匀布置电阻应变片,如图1所示。
本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成。
布置在碳纤维复合材料壁板上的电阻应变元件和信号调理电路组图1 多点应变监测系统示意图成传感采集子系统。
无线传感网络子系统主要由工作在一定网络协议下的无线传感网络节点组成。
中继节点和用户的应用程序构成了终端监控子系统。
本文依次阐述了各个子系统的设计和实现。
2 传感采集子系统由于结构健康监测系统的监测采集的信号具有多样性,例如:静态应变信号、动态冲击信号、疲劳损伤信号等,所以独立设计传感采集子系统的优势在于,可以针对各种不同的监测信号,设计不同的传感采集子系统,能灵活地与无线传感网络节点配接,更好地完成结构的健康监测。
2.1 应变桥路电压的设计桥压电路的设计是这个设计中的重点,它是为应变桥路和其他器件提供电源,尤其是作为应变桥路的电源,它是否稳定、准确关系到后续的数据采集、处理的可靠性。
T L431是美国德州仪器公司开发的一种可调式精密基准稳压器,利用两只外部电阻可设定2.5～36V 范围内的任何基准电压值,其电压温度系数很小,为30×10-6/℃,动态阻抗低,典型值为0.2128,非常适合用于高精度的稳压电源的设计。
根据传感采集子系统电源的稳定、准确和低功耗的要求,使用T L431为主要器件搭建了如图2所示的电路。
电路中采用三极管2N 222调节负载电流,输入电压V I 与电阻R 为精密基准稳压器T L431提供大于1mA 的工作电流,使精密基准稳压器T L431的255第2期尚 盈,等:基于无线传感网络的大型结构健康监测系统图2 应变桥路电压原理图V REF =2.5V,通过调节电阻R 1,R 2,使得桥压V O =3V 。
从而实现了桥压电路、信号调理电路的供电设计。
2.2 信号调理电路的设计信号调理电路的设计实现了多通道应变信号的调理,并且与拥有8通道ADC 的无线传感网络节点实现了配接,这使得以比较少的硬件监测更广的区域成为可能。
该部分由放大电路和二阶低通滤波电路组成。
其中主要元件是单电源供电的线性放大器AD 623和运算放大器OPA 340。
图3是单通道信号调理电路原理图。
图3 单通道信号调理电路工作原理:将应变片接成半桥电路,将微应变信号转变成电信号,调节电位器R g 改变AD623的放大增益将信号放大,然后经过一个二阶滤波电路进行滤波处理,最后传送到无线传感节点中进行处理。
2.3 传感采集子系统的标定在等强度梁上下表面分别布置两片电阻应变传感元件组成应变桥路,反复进行加载、卸载实验,传感采集子系统监测其应变值的变化,把经过调理后的信号传送给无线传感节点。
表1是监测到的实验数据。
表1 实验数据载荷/N 输出电压y /V 第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程0 1.146 1.144 1.144 1.144 1.144 1.1442 1.221 1.220 1.219 1.219 1.219 1.2194 1.295 1.295 1.294 1.294 1.294 1.2946 1.370 1.369 1.368 1.368 1.368 1.3688 1.444 1.443 1.443 1.443 1.443 1.44310 1.519 1.518 1.518 1.518 1.517 1.517121.5921.5921.5911.5911.5911.591由表1的实验数据可以得出无线传感节点接收的电压变化值y 与加载重量x 之间的关系如图4所示。