健康监测系统范文

健康监测系统范文（精选12篇）

健康监测系统 第1篇

1 应变温度监测

应变(温度)是材料与结构的重要物理特性。桥梁结构监测的前提是从桥梁构件中提取能反映结构特征的参数。应变(温度)信号最能反映桥梁构件局部特征，便于结构安全评价与损伤定位，应变(温度)是结构健康监测最为重要的参数之一。

开展大型桥梁建成后的在线安全监测工作，就是要通过对关键点和控制断面的应变(温度)、变形等重要物理量的测量以及结构的动力特性等模态参数来评估结构的安全可靠性，及时发现问题，以便采取相应的技术措施，防患于未然，保证桥梁安全可靠和长久耐用。因此，对大跨度桥梁结构应变(温度)进行长期、实时在线监测，将具有十分重要的意义。

在桥梁工程领域，一般采用通用的检测手段，即电类传感器测量技术，如钢弦计、电阻应变片等对桥梁结构进行应变(温度)检测，它们虽广泛应用于大型桥梁工程结构的施工质量控制及竣工检查验收中，但就其对桥梁结构进行长期、实时、在线监测而言，则存在着重大不足。通过国内外学者和专家对桥梁健康监测系统的大量研究分析和实践，已将应变(温度)检测锁定在光纤光栅传感技术上。光纤布拉格光栅是最普通的一种光纤光栅，是一种性能优异的窄带反射滤波无源器件。当光波传输通过光纤布拉格光栅时，满足布拉格光纤光栅条件的光波矢将被反射回来，这样入射光栅波矢就会分成两部分:投射光波矢和反射光波矢，当布拉格光栅受到外界应力(应变)作用时，光栅周期会发生变化，同时光弹效应会导致光栅有效折射率的变化;当布拉格光栅受外界温度影响时，热膨胀会使光栅周期发生变化，同时，热敏效应会导致光栅的有效折射率变化。基于光纤布拉格光栅原理的传感器基本上都是直接或间接地利用应变或温度改变光栅中心波长，达到测试被测物理量的目的[2]。应力(应变)及温度的变化引起布拉格波长的变化，轴向应变与波长变化值之间的关系为:

其中，αε为光纤轴向应变下的波长变化关系的灵敏度系数。

其中，P11,P12为弹光系数，即轴向应变分别导致的纵向和横向的折射率的变化;γ为纤芯材料的泊松比;λB为中心波长;neff为纤芯有效折射率。

温度变化与中心波长变化之间的关系为:

其中，αT为光纤光栅温度传感器的灵敏度系数。

ζ为热光常数:

α为热膨胀系数:

Λ为光栅周期。

存在于自然环境中的各种桥梁，其结构随时都承受着外界各种自然环境条件变化的影响，使桥梁结构整体及各位置点的温度状态时时刻刻都处在变化之中。而所谓的温度场就是指桥梁结构内各位置点在各瞬时的温度而形成的温度状态。桥梁结构温度场的形成有外部因素，也有其内部因素。内部因素主要包括桥梁的位置，组成材料的物理特征，桥梁的内部结构等。一旦桥梁结构成为一个实体，则内部因素基本上可以认为定值，其温度场主要由外部因素决定。而引起结构温度场变化的外部因素则称为温度荷载。

根据有限元模型计算分析的主塔应力分布，选择主塔应力关键控制截面，布设埋入式光纤光栅应变传感器。通过塔柱上的光纤光栅应变传感器，实时测出塔柱关键截面的应力变化情况。钢箱梁采用光纤光栅钢结构表面式应变传感器(GSYC-T3)进行在线监测，以便精确的把握钢箱梁的实际受力状况。监测系统通过布设在钢箱梁上的光纤光栅应变传感器，实时测量出钢箱梁控制断面上的应力，及时掌握钢箱梁的受力情况，并以此为基础对桥梁的健康状况做出正确评估。混凝土箱梁应变监测关键截面的选取是在已有斜拉桥混凝土箱梁的典型病害截面研究的基础上，通过有限元模型计算分析而得到;其局部的布点及传感器具体布置方向由局部结构的受力分析而确定。

2 线性位移监测

目前，大跨度桥梁的伸缩缝位移监测主要采用拉绳式位移传感器和磁致伸缩位移传感器。拉绳式位移传感器的功能是把机械位移量转换成可以计量的、成线性比例的电信号。该位移传感器由可拉伸的不锈钢绳绕在一个有螺纹的轮毂上，此轮毂与一个紧密旋转感应器连接在一起，感应器可以是增量编码器，绝对编码器，混合或导电塑料旋转电位计，同步器或解析器。被测物体产生位移时，拉动与其相连接的绳索，绳索带动传感器传动机构和传动元件同步转动;当位移反向移动时，传感器内部的弹簧回旋装置将自动收回绳索，并在绳索伸收过程中保持其张力不变，从而输出一个与绳索移动量成正比例的电信号。测量输出信号可以得出运动物体的位移、方向或速率[3]。优点:结构小巧，成本较低。缺点和不足:测量精度随着时间会逐步降低;信号实现集中传输较为困难。

磁致伸缩位移传感器主要由波导丝、测杆、电子仓和套在测杆上的非接触磁环组成。利用两个不同磁场相交时产生的应变脉冲信号被检测到的时间来计算出磁场相交点的准确位置。一个磁场来自传感器电子仓的电子部件所产生的脉冲激励，该激励脉冲产生的磁场沿着传感器测杆内的波导丝以光速自电子仓端向尾端前进，当与活动的永久磁场相交时，由于磁伸缩现象，波导丝在相交点产生一个机械应变脉冲，并以声速从此点经波导丝向电子仓端回传，该应变脉冲被电子仓中的检测电路探测到。由于已知声速和传递的时间，自然可以计算出位移。由此可见，磁致伸缩位移传感器具有如下特点:

1)测量范围大，测量量程从100 mm～5 000 mm，满足桥梁各种位移监测需要;2)响应速度快，最高响应频率达到500 Hz，能够满足动态位移监测需要;3)输出数字信号，且采用了Modbus传输协议，可以实现多路信号并联后集中传输，采用光纤收发设备实现远程传输(传输距离不超过10 km)，解决了信号的集中和远程传输问题，满足桥梁长期健康监控需求;4)使用寿命长，安装方便，测量精度高(见图1)。

3 结语

桥梁健康监测系统的实施具有相当大的技术难度，在世界范围都是具有挑战性的技术。根据桥梁的结构特点，不但大规模应用了工程实用化的光纤光栅应变、温度、索力、加速度等光纤类监测元件，而且采用了较为全面的数据传输技术及处理手段。这些实用化技术的创新开发和应用，不但为大型桥梁的长期健康监测提供了先进的监测手段，而且也为桥梁健康监测系统的发展提供了成套的技术解决方案。

参考文献

[1]赵文秀.桥梁健康监测系统若干问题[J].世界桥梁,2008(4):21-23.

[2]郭志明,张光伟,丁鸿志.南京三桥监测系统在特大雪灾中的应用[J].公路,2010(8):97-99.

森林生态系统健康及其评估监测 第2篇

介绍了森林生态系统健康的.概念及其内涵,并主要从管理目标途径、生态系统途径和综合途径等方面对森林生态系统健康进行了探讨,分析了已有的森林生态系统健康评估的思想和方法.生态指示者的广泛应用是目前森林生态系统健康评估监测的主要手段.此外,文中还综合介绍了森林生态系统健康评估方法,特别是详细介绍了EMAP和FHM等研究计划,以期对我国目前的森林生态系统健康研究有所借鉴.

作 者：陈高 代力民 范竹华 王庆礼 作者单位：陈高,代力民,王庆礼(中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳,110016)

范竹华(山东省日照市林业局,日照,276800)

学生体质“健康监测” 第3篇

请看相关报道：

China will carry out fitness monitoring for school children nationwide from 2013 in a bid to boost students’ physical health， Minister of Education Yuan Guiren said.

教育部部长袁贵仁表示，为了提升学生健康水平，我国会从2013年起在全国范围内开展学生健康监测。

Fitness monitoring就是“健康监测”，fitness在这里指“身体健康”（in good physical condition），强调身体各项机能良好，很多人锻炼身体常去的健身中心就是fitness center。我们常用的health一词含义则更加廣泛，既可以指“身体健康”（physical health），也可指“心理健康”（mental health）。

无线结构健康监测系统设计 第4篇

多年来频繁发生的地震、洪水等地质灾害造成近年结构工程事故频繁发生, 如桥梁折断、房屋倒塌等, 不仅造成了国家和人民巨大的财产损失而且威胁了人民的生命安全, 引起人们对重大工程结构安全性的重视, 因此迫切地需要建设经济合理的大型结构工程生命周期内的结构健康诊断系统。传统的健康诊断系统不仅工程施工复杂、工作量大、投资大、系统维护更新费用高, 而且在使用过程中极易出现故障, 影响监测的正常进行, 因此国内外学者提出了基于无线传感网络的结构健康监测系统[1]。

1无线网络监测系统结构

基于无线传感网络的结构健康监测系统主要由4个子功能系统组成[2]:传感器系统、信息采集与处理系统、无线网络通信与传输系统、信息分析和监控系统。系统充分考虑了结构健康监测的特殊应用环境 (布点固定、采集精度高、采样频率快、节点不易更换、施工难度较大等特点) , 分别从系统硬件设备和软件网络协议2个主要方面进行设计开发, 最大程度地满足了“健康监测系统的设计须遵循功能要求和效益-成本分析”两大准则。

该系统硬件设备从功能上可分为子节点 (包括传感器及采集系统、无线数据发送系统及电源管理系统) 和主节点 (包括无线数据接收系统) 。传感器部分为了测试系统精度, 选取了测试专用的等效应变源, 此外也可根据不同的需要选用其他类型的传感器 (如已经在该系统使用的加速度传感器, 或者温度、湿度及有害气体传感器等) ;数据采集器可将传感器检测到的模拟电压信号转换成数字信号, 并通过数据发射器发送出去;电源管理系统将新型的太阳能技术应用于无线传感网络, 大大延长了系统子节点使用时间, 降低了后期维护成本;无线数据接收系统负责发送各种控制命令给各个无线数据发射器, 并且负责接收各个数据发射器发送来的应变信号, 并由RS232串口传输到以太网网关或者计算机中, 并以可视化方式将监测数据、分析结果显示出来。

软件网络协议主要可分为上位机软件和网络协议部分。上位机软件主要用于界面监控、人机交互以及数据处理仿真等;网络协议部分是根据实际需求和应用背景特定设计开发的“无线结构健康监测网络” (Wireless Sensor Network for Structural Health Monitoring, SHM’s WSN) 。数据通过这种SHM’s WSN网络的传输, 使系统具备了实际应用的要求, 而且具有超低功耗、实时性强、高精度、健壮的鲁棒性等特点。

2系统硬件设备

本无线结构健康监测系统由多个子节点和1个主节点构成。子节点将传感器、采集系统和发送系统模块化集成, 方便工程应用的同时, 大大降低了成本。主节点与PC机服务器或者以太网网关相连, 使得远程监控和历史数据存储成为可能。

2.1子节点系统构成

2.1.1 传感器及采集系统设计

传感器及采集系统主要负责将传感器产生的模拟信号, 经放大和滤波电路处理后, 用24位高精度芯片AD7714转化成数字信号[3]。

由于传感器 (应变片等) 输出的信号一般都很微弱, 只有几mV, 为了降低AD7714内部噪声对采样结果的影响, 系统不使用其内部放大控制。由于应变信号是差分信号, 综合当今差分放大器增益的瓶颈问题以及多级放大容易引入干扰等因素, 本设计选用的是AD623精密仪表信号放大芯片, 从而保证了最小误差采样。为了降低系统噪声和干扰, 系统通过MAX7414进行硬件滤波, 并在设计PCB板时将数字地和模拟地分离来减小系统的自干扰, 有效提高了AD7714采样精度。

2.1.2 无线发送系统设计

无线通信模块电路包括CC2430芯片及其相关外围电路。由于CC2430将8051内核与无线收发模块集成到一个芯片当中, 因而简化了电路的设计过程, 省去了对单片机与无线收发芯片之间接口电路的设计, 缩短了研发周期[4]。 为了降低系统能耗, 无线通信模块在不工作时设计为休眠模式。

2.1.3 电源管理系统设计

子节点采用锂电池作为电源, 利用太阳能进行充电。本设计采用的太阳能电池板工作电压为4.5 V, 短路电流0.4 A, 可以弯曲, 易于安装, 提供的电能经CN3063转换并存储于锂电池中。

电池电压经转换电路变为3.3 V的稳定电压供给无线通信模块工作, 通过无线通信模块中CC2430单片机I/O口输出高低电平控制应变片、放大器、滤波芯片、AD芯片供电。

这样当无线通信模块唤醒时, 就可以使能传感器进行正常的信号采集;当无线通信模块休眠时, 信号采集也同步停止, 从而降低整个节点系统能耗。 子节点系统功能模型如图1所示。

2.2主节点系统构成

主节点的实现方法和设计原理与子节点基本相同, 但是主节点端没有传感器、采集模块和电源管理模块, 只有一个负责接收数据和命令、发送指令的无线通信模块。其主控芯片仍然是CC2430, 而且充分考虑了实际工程应用的要求, 针对不同的需要, 设计出2种系统实现方案:

① 远程监控模式。无线通信模块通过串口将数据交给以太网网关, 客户计算机通过配置IP访问网关, 进行数据收发, 这样便实现了远程监控, 使得监控地点的选择更加灵活;

② 现场监控模式。无线通信模块通过串口直接连接计算机或者笔记本电脑, 鉴于现今大多便携电脑没有com口, 为了增加适用性, 特别使用CP2102, 将串口转换为USB口, 并测试成功。

3软件网络协议设计及测试结果

针对结构健康监测布点固定且不易更换、采集精度高和频率快等特点, 开发出一套“无线结构健康监测网络” (SHM's WSN) 协议栈, 并在上位机软件部分对数据进行了方案成熟的纠错、处理、分析等操作。

3.1网络协议设计

由于以上特殊性的存在, 系统通信协议对TDMA、时间同步、休眠等进行了借鉴与融合, 形成了一套较为实用且精简的网络通信协议。协议栈程序流程图如图2所示。

系统硬件在完成初始化后, 先由主节点组建网络, 子节点探测并加入网络;网络建立成功, 主节点下发“搜索节点”命令, 确定每个节点都可以正常工作;如果子节点应答正常, 全网将进行第一次时间同步, 此时可以通过上位机监控软件下发采集命令, 进行采集;当子节点完成采集和传输后, 将等待2 min, 如果在这期间再次收到工作指令, 将继续完成部署任务, 否则其将进入休眠状态;进入休眠后, 子节点每30 ms将醒来侦听同步命令和唤醒命令, 如果没有唤醒指令下达, 将继续休眠, 反之则进入待采集状态等待采集命令。

通过SHM's WSN进行数据传输, 使系统具有针对于实际应用的特点:

① 数据科学性。由于结构健康监测中的数据非常强调“同时性”, 即不同节点在“同一时刻”采集到的数据才具有参考和分析的价值。所以为了保证数据的科学性, 协议结合TDMA和时间同步技术, 专门分配一个同步时隙供全网节点更新本地时间, 以保证数据“同时”采集;

② 高可靠性。每个子节点MCU在将采集数据发送给主节点之前, 都会在数据包中加入时间戳和时间序列。监控软件可根据这些信息, 对各子节点数据包进行整理分析, 以避免传输过程丢包、误码等情况, 从而保证数据的真实可靠;

③ 工程实用性。系统有一套较为完善的超低功耗处理机制, 以延长每个子节点使用寿命, 降低后期维护成本。为此, 设计中加入了休眠机制, 在没有采集任务的情况下, 便进入休眠状态, 此时子节点电流由30 mA降至10 μA, 保证了长时间工作的需要;

④ 方案的可行性。通过对仿真实验和实际测试结果的分析, 系统在数据采集精度、时间、效率等方面均可以达到预期效果, 相关测试结果将在本文最后详细给出。

3.2上位机软件设计

该系统的监控和分析软件是在NI公司Labview平台上编写的, 该软件主要负责管理网络通信节点、存储数据和发送命令等任务, 并有较为友好的人机交互界面。用户可以通过软件中的数据处理模块对数据进行滤波、FFT运算和小波变换等各种分析处理[5]。

3.3实现方案的测试结果

方案可行性测试。通过多次、不同环境、长时间的试验, 整个系统仍然可以正常地完成部署任务, 说明其具有良好的稳定性和实用性。

系统性能测试。系统将等效应变源的应变采集标定后, 所得出的结果与实际应变相差0.114 5个应变量 (y=0.114 5x) , 精度满足实际工程要求。应变采样测试图如图3所示。

4结束语

无线传感器网络系统由于没有了布线的束缚, 布置监测点方便, 也不会影响到其他工种的作业, 使其可监测的范围大大得到了扩展。实际工程中分布式网络节点最大程度地减少了器件连线, 降低了系统的搭建、维修费用和难度, 是未来的监测系统发展的必然趋势。

基于上述理论和应用要求, 介绍了一种新型的“无线传感器网络结构健康监测系统”。系统中节点集成度较高、体积较小、功耗较低、传输距离和可靠性都能满足无线传感器网络中的传输要求, 并通过专属定制的网络通信协议SHM's WSN进行通信, 而且进一步完成了一套较为完善的上位机测试软件编写工作。试验测试表明本文设计的无线传感器网络结构健康监测系统取得了良好的效果。

参考文献

[1]裴强, 郭迅, 张敏政.桥梁健康监测及诊断研究综述[J].地震工程与工程振动, 2003, 23 (2) :61-67.

[2]李爱群, 缪长青, 李兆霞.润扬长江大桥结构健康监测系统研究[J].东南大学学报, 2003, 33 (5) :544-548.

[3]刘雅举, 蔡振江, 张莉, 等.基于射频芯片的ZigBee无线传感器网络节点的设计[J].微计算机信息, 2007, 3 (8) :167-168.

[4]ANDERSEN A.Implementation of Microstrip Balunfor CC2420and CC243x[R], 2006.

健康监测系统 第5篇

2.1 数据采集及相应处理

猪舍环境数据采集需考虑传感器节点分布、采集节点实效、节点采集的原始数据与工程数据转换和数据融合等问题。采用无线传感器网络采集环境数据可保证所采集数据的实时性和精确度，无线传感器网络节点可遍布养殖场内，形成自组织网络。环境数据经无线传感器节点采集后传送至汇聚节点，之后再通过串口通讯方式与网关进行通讯，此时通讯组件（特指位于服务器的通讯组件）发出读取数据请求，然后经由网关传送环境数据至服务器，经相应处理后保存于数据库。具体步骤如下：①工程数据转换。由网关传送至服务器的数据并不是工程数据，须使用转换公式转换为环境数据之后才具有实际意义。②数据预处理。③开展数据融合。

2.2 对猪舍内小环境开展实时监测

单个猪舍是客户端的监测对象，因此需对节点环境值（位于监测猪舍之内）实施数据融合，可采用加权平均法获得猪舍内小环境的环境值。

2.3 环境预警

为及时发现不适宜环境，进行合理的推理判断并给出预警信息，需要进行环境预警。而要建立科学、合理的预警机制须考虑的问题较多，重点包括以下几个方面：其一，必须对猪个体的类型及其生长阶段进行区分，并明确其对环境的具体需求；其二，当猪个体处于不适宜环境中时必须考虑其生长过程中可能会出现的不良症状以及如何确定推理规则，并使环境因子值与语言变量值相对应。

健康维护需要定期体检和监测 第6篇

目前我国国民的健康素养较差，健康管理的覆盖面窄（仅限于部份城市居民），民众对健康状况和患病状态的知晓率、治疗率、控制率均较低;而基层卫生机构的健康普查和健康档案又往往流于形式;因此，切实掌握国民的健康状况，对于决定国家和一个地区具体的卫生工作布署，以及引导百姓主动维护健康，已是当务之急。

健康体检和监测是解决这一难题的不二之路。健康体检不同于疾病检查，它是以康健为中心的预防保健性体检。我国的健康体检自2000年才逐步开展，而原有的体检主要是社会性体检，是对从事有规定的专业人员进行上岗前、上岗期间、离岗前的检查。还有一类是鉴定性身体检查。而健康体检的目的是为了了解个体的体质和健康状况，定期体检是为了掌握健康的变化程度。

从SARS流行之后，健康管理受到重视并被引进国内，这极大地推进了健康体检的快速发展。健康管理是对个人或人群的健康危险因素进行全面管理的过程，是将被动的疾病治疗变为主动的管理健康。健康管理包括了健康信息的采集、评估和干预三大环节，它采集的健康信息已不局限于原有的体检项目。比如，亚健康状态的信息就是多种多样的，几乎每种疾病都有与之相近的亚健康表现，其产生原因有：自身存在的先天不足（包括遗传）、不良生活习惯、性格、心理因素、工作和生活节奏、环境污染、气候恶劣等。只有综合地采集了这些健康信息，才会形成更全面更科学的健康评价，才能保证健康干预的准确和有效。

目前，我国医学类健康管理机构已有8000多家，年体检人数达到一亿人次。健康管理机构又按照不同年龄、不同层次和危险因素的评价，制定了分类的体检和调查项目表，使体检更实用更具有针对性;随着医学科技的发展，根据慢性病流调结论，对高危人群的体检还增加了相关项目的筛查，比如：对肿瘤高发区和有肿瘤家族史的人群进行肿瘤标志物检测，现能测定的18种肿瘤标志物，对于可能进入致癌诱导期的个体有一定的防治意义;对有遗传疾病的家族人群，可运用基因检测，进行孕前优生健康检查，能有效降低出生缺陷的发生率等。遗憾的是，健康管理尚未进入广大农村和边远地区。

健康监测最初是疾病监测，是为了分析传染病和非感染性慢性病的动态和影响，包括从健康到发病的动态分布、区域分布及各类影响因素。当前，除了已建设完备的传染病监测体系外，按照国家发布的《国家学生体质健康标准》、《中国成人体质测定标准》、《中国慢性病防治工作规划》等一系列文件，国民体质的健康监测愈来愈受到重视和发展。2014年9月，国家发布了《中国居民慢性病与营养监测工作方案》，多区域、大人群、长期地实施对现有慢性病及其危险因素监测，营养与健康状况监测，再进行整合和扩展，建立起适合我国国情的慢性病及危险因素和营养监测系统。通过这种大样板大数据的统计分析，将形成各类群体和各区域的致病危险因素的评价，为政府提供维护居民健康的科学依据。

桥梁结构健康安全监测系统的应用 第7篇

自1940年美国Tacoma大桥发生风毁事故以后,桥梁结构安全性监测的重要性就引起人们的注意,但是由于受科学技术发展的限制和对自然认识的不足,早期仅有一些简单的直观的监测手段,其应用价值一直受到相当的限制。20世纪80年代以来,在北美、欧洲和亚洲的一些国家和地区,相继发生了一些桥梁结构的突然性断裂性事故,使人们意识到对桥梁结构的健康诊断的重要性和迫切性。80年代后期,国外明确提出了桥梁结构健康监测的新思路和概念,并先后开始在一些重要的大跨度桥梁上建立了结构健康监测系统,如英国的Foyle钢箱梁桥、美国的Sunshine Skyway斜拉桥、挪威的Skarmsundet斜拉桥、丹麦的Great Belt East悬索桥、日本明石海峡大桥、中国香港的青马大桥等。国内先后在上海徐浦大桥、江阴长江大桥、南京长江第二大桥等建立了不同规模的结构健康监测系统,取得了一定的研究成果,下面就国内结果健康安全监测系统的采用情况分别进行介绍。

2 国内特大型桥梁结构健康监测开展现状

近年来,随着我国经济的腾飞,交通基础设施建设进入了一个前所未有的高速发展时期,中国桥梁建设技术得到了飞速发展,建成了许多世界级的桥梁,目前仅跨越长江特大桥就有数十座,随着这些特大型桥梁的建成,部分桥梁结构也出现了一些意料不到的异常现象。我国自20世纪90年代中期开始桥梁健康监测的研究,在国家科委攀登计划B“重大土木与水利工程安全性与耐久性的基础研究”项目、国家自然科学基金资助的“桥梁结构健康检测与状态评估”等多个项目的支持下,在大型桥梁结构病害调查、传感器布点、结构损伤识别、系统识别、结构理论模型修正、结构可靠度评定等方面开展了深入的研究。

2.1 国内几座具有代表性的桥梁结构健康安全监测开展情况

1)徐浦大桥:是上海市区南部连接浦江两岸的又一座斜拉桥,是上海市区黄浦江上第三座斜拉桥,安装了我国第一个桥梁结构状态监测系统。该系统的监测内容包括:车辆荷载;主梁标高;中跨主梁跨中断面应力、应变;主梁自振特征;斜拉索索力及斜拉索的振动等。徐浦大桥结构状态监测系统成功实现了利用大量多类型的传感器以及系统集成技术对结构工作性能的连续、实时观测。2)江阴大桥:对桥梁健康状态进行监测,安装了全站仪对加劲梁进行监测、安装了荷载销对吊索索力进行监测、锚跨主缆安装了磁弹性仪以及主缆、加劲梁及吊索的振动加速度的加速度传感器95个。3)南京长江二桥:南京长江二桥设立了二桥结构安全监测系统,为管理者实时监测和了解桥梁整体结构状况提供了数据积累和分析依据。监测重点为对南汊斜拉桥进行监测,使用了全站仪、振动检测仪、振弦式应变仪、磁弹性仪、加速度计、温度传感器等检测设备。虎门大桥、上海卢浦大桥、滨州黄河大桥等均建立了不同规模的健康监测系统。

2.2 国内已建立的桥梁监测系统的共同特点

1)通过采用传感测量装置获取结构行为的直接记录,同时强调对结构环境条件的监测和记录分析。2)采用在通车运营后连续或间断监测结构状态,力求获得结构信息连续、完整;并结合桥梁施工统一考虑传感器布设。3)监测系统具备了快速大容量的数据采集、通信与处理能力,可以实现数据网络共享。4)许多新的设备如光栅传感器、MEMS和GPS等逐渐被广泛采用。5)建立了许多结构响应的损伤识别方法,大多数方法已被数值模拟或试验室验证。6)部分桥梁已经获得了关于环境条件和运营荷载对桥梁振动特性影响的试验结果。

2.3 我国桥梁结构健康监测系统需要完善

我国桥梁结构健康监测开展起步较晚以及受目前科技和理论研究的限制,还存在很多地方需要完善:

1)系统的适用性、可靠性及长期稳定性。2)健康安全评价系统尚不成熟;除了受限于目前评估理论和方法不足外,关键在于在设计过程中,缺乏有效的安全评估系统。3)检测项目的选择、测点、监测模式及手段尚不足;目前国内仅根据理论分析,对部分重点部位进行了监测,数据采集频率和设备精度均受到一定的限制。4)系统的开放性、兼容性、可操作性。桥梁结构状态评估应和常规的养护结合起来,同时需要根据监测结构不断对数据库进行补充修正,要求系统应便于使用、维护和升级。要充分结合国内桥梁维护技术力量的现状,易于日常实际操作。

3 国内外结构健康安全监测的发展方向

目前我国的桥梁建设技术已达到世界领先水平,桥梁建设事业得到了前所未有的发展,特大型桥梁投资巨大,随着大型桥梁的不断建成,如何做好桥梁的运营、养护,随时了解桥梁结构的健康情况,及时对桥梁的安全进行评价已成为管理者日益需要和迫切希望解决的课题。目前,我国的工程技术人员也给予了高度重视,各大高校、科研院所纷纷开始着手结构健康安全监测方面的研究,润扬大桥、南京三桥、苏通大桥等特大桥建设方在建设过程中就开始了结构健康安全监测的研究,通过方案征集、集思广益,充分采纳了当前国内研究力量和国内外最先进的技术、设备,分别建立了各自的健康监测系统。综合国内在建几座特大型桥梁健康监测系统的特点,我国今后桥梁结构健康监测发展的趋势为:

1)由单一的、有限范围的主体结构监测向全桥全面、系统的监测发展,最终形成统一的综合管理系统。由于桥梁结构体量较大,很难对桥梁各个部位进行全面的实施监测,受投资、技术条件等限制,目前国内大多针对主体工程通过力学分析,就关键部位进行监测。随着经济的发展,人们将更希望和有能力对桥梁有一个全面详细的了解,以便更好的为人们服务。同时,结构健康监测也将成为日常养护管理系统的一个组成部分,形成一个统一的桥梁运营管理系统。

2)由单一的数据采集、保存转向数据后期处理与分析。健康评估系统日趋完善,评估成果可以成为运营管理者的决策依据。

3)系统技术上将更加先进、可靠。

4)系统将具有更好的开放性,可以进行多形式的国际间的合作。科技的进步要求综合管理系统具备较好的开放性,随着管理者需要可以进行数据更新、调整及功能调整,联网或集成等系统升级或扩充。同时,国际间的合作将更加普遍,不同国家的技术人员将通过网络数据共享实现专家会诊或进行多种形式的学术交流活动,实现高度共享的数字化桥梁。

5)具备更好的操作界面和实用性,更能适合我国国情和具体养护技术人员的实际操作。

4 结语

大跨度桥梁的健康监测,至今国际上还没有公认的有效的利用测量信息正确诊断桥梁损伤或健康状态的方法。我国的桥梁健康安全监测尚处于研究阶段,真正有效的评判系统短时间内尚无法建立;桥梁结构健康监测上需要投入大量资金进行研究、试验,在具体的实践过程中要避免一哄而上,不应片面追求硬件设备上的先进,应结合我国桥梁建设的实际,集中优势科研力量,对部分有代表性的特大桥进行健康安全监测系统开发试点研究,积累数据,并及时借鉴吸纳国际先进的经验技术,少走弯路,力求早日为我国特大桥梁的管养提供有效指导,发挥实用价值、降低养护成本、延长桥梁使用寿命。

摘要：通过介绍国内外一些重要的大跨度、特大型桥梁建设的工程建设实例,分析了桥梁结构健康安全监测系统的现状,明确了建立桥梁结构健康监测系统的重要性和必要性,提出了桥梁结构健康安全监测系统应用的新思路及发展方向。

关键词：桥梁,结构健康安全监测系统,应用

参考文献

大型土木工程无线健康监测系统实现 第8篇

关键词：土木工程,远程监测,健康检测,通信技术

0 引言

目前大型工程项目的健康检测作为工程运营的一个基本保障，得到越来越多的关注。但是存在很多的问题。

首先，其中一些工程所处的环境及其恶劣，如高海拔、严寒、瓦斯、岩爆等等，给现场监控量测工作带来了很大困难。例如，雀儿山隧道位于海拔4千多米的川藏公路上，空气稀薄、含氧量低，每次量测都要背负氧气在现场步行数公里，耗时几小时才能完成[1]。针对上述情况，其监控量测工作的困难程度简直难以想象。

一个工程项目的量测的各种相应数据多达上万个，如果仅依靠人工处理分析、或半人工方式处理工作量大，往往导致监控量测反馈数据不能实时提供，很难发挥其指导作用。因此，在监控量测数据的处理和分析方面应该进行新的探索，开发实用、高效的隧道围岩及支护结构量测数据处理软件是当务之急。

以无线网技术成熟的现实状况为基础，改进目前的有线方式采集也是需要革新的地方。无线方式大大方便了信息的采集方式、缩短监控设备布设周期，对工程与工程运营管理都节省了资金与时间等[2,3]。

1 系统构建关键技术

1.1 前端测频系统构成

根据实际需要，测频系统由三部分构成，传感器、分线器和测频模块。其结构框图如图1所示。

1.2 传感器

为说明系统的构成，单独使用了振弦式传感器（如图2）作为示例。其中选用了有更好性能的钢弦式传感器，作为专用量测工具，其选定是与用户的需求密切相关的。

在土木工程中，尤其像隧道、竖井这样的地下工程，用于量测的条件是十分恶劣的。传感器经常处于高粉尘、高湿度、高温差、强干扰和低亮度的情况之下，有时要长期在潮湿的环境，甚至水中工作，有时要在-30℃～50℃的温度环境中工作，而且传感器一旦埋设，往后大都无法修理和更换，甚至观测人员都难以看到或到达仪器埋设的位置。因此，对仪表和传感器除了技术性能、功能、精度、灵敏度等符合使用要求外，通常还应满足以下要求：(1)坚固耐用；(2)长期稳定；(3)恶劣环境的适应性；(4)操作简便可行。

1.3 分线器

分线器是嵌入式系统当中专用接口电路的一部分，是为了满足自动接线的要求而设计的。在分线器的具体设计中，选择了目前主流的可编程器件作为核心芯片进行开发。其型号是Altera公司的MAX7000S系列的EPM7128STC100-6芯片。

1.4 测频模块

测频模块是测频系统的核心模块，它通过接收上位机通过通信系统给它发的指令，控制分线器以及读取传感器的频率值，并将测得的数据值通过通信系统回传给上位机。

测频模块主要由三个模块构成，分别是测频电路、温度采集模块和存储电路，这三个模块由单片机统一控制。

2 通信系统的构成

在本文中通信系统具体由这样几部分构成：测频模块、通信模块、中间节点机、上位机，如图3。

3上位机系统关键设计

3.1 上位机软件设计

上位机软件分为四部分：主程序、通信（短信收发）模块、数据分析处理保存和实时数据显示及历史数据查询模块。软件构架见图4所示。

3.2 串口通信

在通信过程中，上位机主要是通过串口与下位机进行连接，以进行数据的接收和发送。上位机编程要对计算机的串口进行操作。而在WINDOWS环境下，用户是不能直接对PC机的串行端口进行操作的。Visual C++6.0中，通过使用微软公司提供的Microsoft Communication Control控件（简称MSComm），就可以很方便地实现PC与外部设备之间的串行通信，省略了很多复杂的底层操作，相对而言编程工作量较少，不必花时间去了解复杂的API函数。串口设计参数采用1200波特率，无校验，8个数据位，1个停止位。

3.3 GSM模块设计

通过上面的讲述，得知系统的通信方式有多种：RS-485串行通信、无线模块通信、GSM公网短消息进行通信。在GSM通信方式下，上位机主要通过手机模块与下位机进行通信。上位机软件将测量命令，测量点数等数据通过串行通信口发送给上位机手机模块，手机模块接到数据后通过GSM公网短消息业务将数据以短信的方式发送给下位机手机模块。下位机接收到数据后，对数据进行分析并做出相应的操作。

4 系统实现

系统运行主界面分为四部分（见图5）：左上角窗口为测量点的选择和测量传感器个数的设置。右上角为方式的选择、串口的设置、测量和查询命令按钮。中间部分为状态栏（显示每一步操作的内容及结果）。下边是数据的显示区，包含有不同的站点和时间。

软件第一次启动时，进入测点录入页面，如图6所示。首次录入时只需录入测试点名称。最多可录入8个测量点。

5 结论

为了使测频系统能够在无人值守的情况下，自动有序的接入传感器进行测量，系统中研发了自动分线器，在此基础上，进一步整合了测频模块，分线器与传感器，构成了测频系统。然后，为了实现远程遥控，研发了通信系统，通过专网的搭建与公网的使用，实现了远距离通信。接着，把通信系统与测频系统进行了衔接，实现了远程遥控测量。最后，研发了上位机软件，在人机友好的界面下，实现了远程遥控测量以及对所测得的数据进行自动分析与处理。通过现场调试，以及最后的工程应用，完成了系统的验证与实用。

参考文献

[1]郑金龙.雀儿山隧道海拔高度系数测试研究[J].现代隧道技术,2007,44(2):10-14.

[2]孙鸿敏,李宏男.土木工程结构健康监测研究进展[J].防灾减灾工程学报,2003,23(3):92-97.

可穿戴式健康监测系统研究与展望 第9篇

关键词：可穿戴式系统,健康监护,生理参数检测,研究与展望

0 引言

可穿戴式 健康监测 系统 ( Wearable Health Monitoring System, WMHS)是指利用穿戴式生物传感器采集人体运动与生理参数,来实现对人体非介入、连续无创的诊断监测以此帮助穿戴者实现对运动与健康管理。该系统普遍具有生理运动信号检测和处理、信号特征提取和数据传输及分析等基本功能模块[1]。其中生理运动信号检测主要获取的人体信息包括:第一是体外数据采集,主要通过带G-sensor的三维运动传感器或GPS获取运动状况、运动距离和运动量,来帮助用户进行运动和睡眠的管理; 第二是通过体征数据(如心率、脉率、呼吸频率、体温、热消耗量、血压、血糖和血氧、激素和BMI指数,体脂含量)监测来帮助用户来管理重要的生理活动。

可穿戴式生物传感器系统健康监测的设计和开发在最近几年里引来了众多的关注,主要是由于医疗成本增加以及微型可穿戴传感器、智能纺织品、微电子学、和无线通信等科学技术进步的推动。可穿戴传感器为基础健康监测系统将对穿戴者的日常活动的影响降到最低,以期实现低生理、心理负荷下的个人健康管理和对病人健康状况实时监护。可穿戴式健康监测系统包括各种类型的生理检测传感器,数据传输模块和数据处理模块,并能因此提供全天低成本的健康、心理和行为状态监测而不引人注目。本文首先试图全面的介绍可穿戴式健康监护系统的构成及可穿戴式健康监护系统中应用到的相关技术,然后着重介绍目前我们所做的与可穿戴式健康监护相关的研究工作,即穿戴式呼吸与心电采集以及多参数体域网的构建。最后,对未来可穿戴式监测系统发展方向提出一些简单的展望。所以对于可穿戴式健康监测系统的开发设计具有一定的借鉴意义。

1 可穿戴式健康监护系统体系统框图

目前,可穿戴健康监护系统的研究模型主要分为基于微处理器和定制平台的可穿戴式健康监测系统;基于智能纺织品的可穿戴式健康监测系统;基于体域网的可穿戴式健康监测系统;基于商业蓝牙传感器和手机的可穿戴式健康监测系统;其他类型的可穿戴式健康监测系统[2]。无论哪一种研究模型的可穿戴健康监测系统通常都由三个模块组成如图1所示的可穿戴式健康监护系统体系框图。

可穿戴式健康监测系统的三个模块即前端的生理及运动信息采集模块、中间的通信模块以及数据分析模块。前端的生理及运动信息采集模块主要由一系列可穿戴式传感器采集人体的生理及运动信息;然后由通信模块将采集到的信息发送到中心节点或远程监护站点;最后远程监护站点根据采集到的生理及运动信息利用数据分析模块获取与临床相关的生理、病理信息。

2 可穿戴式生理参数检测关键技术

2.1 传感器技术

传感器技术主要解决的是传感器及采集模块如何获取人体的生理与运动参数。

目前,微电子学、MEMS以及电子智能纺织品等相关技术的发展对传感器技术起到了革新作用。微电子学领域的发展可以使穿戴式设计者设计出集成感知能力、前端放大、微控制器、无线发送等功能模块的更小型电路。

MEMS制造工艺的进步,使得更多的微型惯性传感器可以用于人体活动及健康状态的监测。采用MEMS批量制造技术,可以使传感器的成本与尺寸得到显著减少。结合微电子技术,可以把更多的处理电路、微控制器和无线通信电路集成到一个芯片上。

电子智能纺织品是一种基于电子技术,将传感器、通讯、人工智能等高技术手段应用于纺织技术而开发的新型纺织品。目前基于智能纺织品的可穿戴式健康监测系统不仅可以检测人体的呼吸、心率、心电等体征参数,甚至可以无创的检测人体的血糖、体液PH等人体生化参数。且基于材料科学的进步可以使基于智能纺织品的可穿戴式健康监测系统集成更多的生理参数传感器[3]。

2.2 通信技术

传感器及采集模块采集的生理与运动信息如何传输到中心节点或者远程医疗监护站点。所以,可穿戴式健康监护系统中的通信主要实现两个任务: (1)把生物传感器采集的生理信号传输到系统的中心节点;(2)可穿戴健康监护系统到远程医疗监护站点或医生手机。对于穿戴健康监护系统到远程医疗监护站点或医生手机目前可以采用WLAN、GSM、GPRS、4G无缝接入网络来完成。互联网有更高数据传输率,从而更有效地促进需要实时测量收集在远程位置的佩戴式健康监护器系统[4]。

对于把生物传感器采集的生理信号传输到系统的中心节点可以利用现有的近程无线通信技术来实现。目前可穿戴式健康监测系统存在的近程无线通信技术主要有Zigbee、Bluetooth、Ir DA、MICS等,其中Zigbee和Bluetooth技术在穿戴式系统中具有低功耗、低成本、理想的传输距离等应用技术优势。而随着目前智能手机的普及且都集成蓝牙模块,而且其计算和存储能力逐渐,对于人体连续实时监测成为可能。同时,智能手机应用于可穿戴式健康监测系统中作为信息网关将采集到生理信息发送出去,能够简化穿戴式健康监测系统与因特网Internet之间的通信,从而采集的生理数据传输变得更加迅速高效,并且可以通过智能终端实时监测病人的生理状态。另外它集成的GPS追踪系统可以很快确定危险病人的位置。所以选择蓝牙传输生理信号是设计人体生理信号采集系统的首选。

2.3 数据分析技术

数据分析技术主要解决的问题是临床根据传输来的生理与运动参数,以及如何获取与临床相关的信息。在可穿戴式设备的数据信息处理中涉及信息的采集、存储以及收发等环节;涉及信号处理、模式识别、数据挖掘等人工智能方法;涉及云计算技术、大数据处理技术等诸多技术门类。所以,在实际的可穿戴设备中,需要将数据分析的环节、方法、技术等进行有机的结合,以更好的满足用户对数据信息处理的要求,更好的提升用户体验效果[5]。哈佛大学Paolo研究组和Norwegian大学Rolf研究组将矢量量化、投影算法和各种不同情况数据分类算法等数据挖掘技术应用于工作劳累引起的肌肉性疼痛患者的生理情况监测中,并取得较好的效果[6]。此外,可穿戴式监控监护系统中还涉及人机交互技术,电池续航能力等相关技术。

3 可穿戴式健康监护系统研究

目前,可穿戴健康监护系统的研究模型主要分为基于微处理器和定制平台的可穿戴式健康监测系统;基于智能纺织品的可穿戴式健康监测系统;基于体域网的可穿戴式健康监测系统;基于商业蓝牙传感器和手机的可穿戴式健康监测系统;其他类型的可穿戴式健康监测系统。在这几种研究模型中,我们主要研究了基于智能纺织品的可穿戴式呼吸检测、基于商业蓝牙和智能手机的心电监护以及基于体域网的人体多参数检测。

3.1 基于智能纺织品的呼吸信号检测

目前,可穿戴式呼吸监测主要方法有口鼻气流法、电阻抗体积描记和感应体积描记技术。口鼻气流法的传感器佩带不方便,对穿戴者的日常行为习惯会造成一定干扰;电阻抗体积描记不准确而且易引入运动伪迹;而感应体积描记技术是目前认为最准确、简单、易穿戴的方法。而基于智能纺织品的呼吸信号检测采用的是基于PVDF制作的HXB-2型呼吸波传感器如图2所示。本传感器为压电式胸带(或腹带)固定式呼吸传感器,可用于无损伤检测人或动物的呼吸波运动波形。使用方便、可靠、灵敏度高、耐用,且可以通过编织物融合到衣物中。

基于智能纺织品的呼吸信号检测系统的整体设计框图如图3所示,该系统主要由呼吸信号采集处理模块、微处理器控制模块、蓝牙通信模块以及电源模块等组成。

根据呼吸信号和HXB-2呼吸波传感器输出信号的特点,传感器采集的呼吸信号是一个微弱毫伏级别信号。为了完成对呼吸信号的线性放大及阻抗匹配,首先经过前置差分放大电路进行放大且消除抗共模干扰;然后分别通过一高通和低通滤波器滤除呼吸信号以外其他信号干扰例如肌电的干扰等;最后经过后置放大电路把呼吸信号放大到适合A/D采样的电压范围。微处理器通过对采样信号进行分析处理并通过蓝牙将采集到的呼吸信号发送到PDA或智能手机等手持终端[7]。

3.2 基于蓝牙和智能手机的心电监护

基于目前智能手机可穿戴式健康监测系统中,智能手机可以作为信息网关、信息处理单位、GPS追踪系统、存储与计算单元等在可穿戴健康监测系统中发挥着作用。在基于商业蓝牙传感器和手机的WHMS中,可穿戴式心电监护是最典型的应用。基于智能手机的可穿戴式心电监护系统如图4所示,心电采集模块导联方式选择为“单级心前导联方式”。心电采集电极采用“纺织式”电极,可隐藏电缆线、可拆洗性、舒适性、安全性。

基于智能手机的可穿戴式心电监护系统采用智能手机作为心电波形显示和数据处理的控制器平台,配以前端心电采集模块,组成心电采集与监测系统。该系统有体积小,功能性强,操作方便等特点,并且对穿戴者的日常生活行为不会造成任何的约束与干涉,对现有采用PC机作为心电波形显示和数据处理的控制器的心电检测和监护系统,该系统具有体积小,易携带性;另外对于一些直接采用单片机做处理器的心电采集和监护系统,该系统的功能较为丰富,数据存储量大,使用方便[8]。

3.3 可穿戴式无线体域网系统

基于无线体域网WBAN(Wireless Body Area Network)的可穿戴式健康监护系统是以身体为中心,并集成生物传感器、医学电子学、多传感器分析与数据融合、人工智能、普适传感、无线通信和其他创新应用等多学科知识。可穿戴式无线体域网中的无线传感器生理信息采集节点可以和患者随身携带的终端如PDA机、3G智能手机等进行通信,发送数据。同时,还能够通过Internet或者手机通信网络等方式,向远程医疗服务中心进行数据的上传、备份、分析与反馈。另外,终端还能够对采集到的数据进行预处理,在发送数据的同时,对突发性疾病可以向患者的家属发出报警[9,10]。

本文根据Wearable BAN对人体体征参数实时监测的优点,设计了人体的血压、指脉、皮肤电阻、呼吸和姿态5个生理参数的采集节点,同时采集节点利用可穿戴式的低负荷传感器实现对人体这5个生理参数的采集,采集到人体的体征参数之后通过蓝牙方式发送到个人服务器即PDA或3G手机,并随后通过互联网实现与远程紧急救助服务器、医疗数据库服务器、医生服务器等联网,保证了对病人实时情况的监测。

4 总结与展望

可穿戴式健康监测系统是指利用穿戴式生物传感器采集人体运动与生理参数,来实现对人体非介入、连续无创地诊断监测以此帮助穿戴者实现对运动与健康管理。该系统具有微型化、智能化(高级运算功能,适于不同工况)、个性化(多状态,多参数)、网络化(多种传输形式)、安全保密性(数据加密,内部网络传输,自主研发的定位系统)、舒适性(低生理、心理负荷)等优点。

基于物联网的环境健康监测记录系统 第10篇

1系统方案与设计

系统是STC单片机为核心的传感器网络和Lab VIEW为平台的上位机网络的结合,是一种多功能桌面智能测控系统。 系统主要由单片机主控电路[1]、A/D转换电路(STC12C5A60S2端口可以实现A/D软件转换,便于简化电路)、基于PL2303串口通信电路、上位机Lab VIEW数据显示等电路组成。包括的硬件主要有:STC12C5A60S2单片机、温度传感器、湿度传感器[2]、空气质量传感器[3]、心率传感器[3]、RS232-USB串口芯片和PC。总体框架图如图1所示。

系统通过传感器实现将环境中的被测量到电信号的转换, 由于传感器测出的信号非常微弱,要先将电信号进行放大滤波处理,然后再将模拟量转化成数字量,即进行A/D转换, 实现数据采集,送至单片机,单片机系统[4]与计算机之间进行通过PL2303芯片进行串口通信[5],最终在电脑上显示测量数据。

传感器数据采集模块软件设计流程的主要内容包括模块初始化、搜寻加入网络、数据采集等。运行步骤为:首先对单片机以及传感器上电进行初始化,然后搜索单片机端口, 单片机主动识别传感器的ID后允许其接入网络,并对其传送的数据进行接收。

计算机与外部的基本通讯方式有两种:并行通讯以及串行通讯。串行通讯较并行通讯传送速度慢, 但通信线路简单, 只要一对传输线就可以实现双向通信,而且STC12C5A60S2单片机内部有一个功能很强的全双工串行口,该串行口有4种工作方式,波特率可用软件设置, 由片内的定时器、计数器产生, 接收发送均可触发中断系统,使用十分方便。对本设计而言,串行通讯速度完全能满足要求,因此本系统选用RS232-USB进行通讯。

单片机将传感器采集到的数据通过RS232-USB模块传输到PC服务器(基于Lab VIEW开发平台)[6],服务器软件系统创建2个线程接收数据,一个线程把接收到的数据存储到数据库中,一个线程把接收到的数据送到软件系统中用直观的图形加以表示,可以实时采集显示数据。Lab VIEW设计包括前面板设计和程序框图设计。前面板主要是人机交互界面, 以较为友好的形式展现给用户。程序框图设计包括串行通信和数据处理2个部分。串行通信程序主要用于接收下位机发送来的数据,并将其转换成数组格式,然后将转换后的数据输送到数据处理程序部分进行下一步。数据处理程序接收到上一级发送来的数据后,先分离出起始位、数据位、校验位。 接着程序判断接收到的数据是否符合处理条件。验证满足条件后,程序将接收到的数据位通过示波器实时显示出来,并根据需要对采集数据和时间进行存储。

2系统测试

系统实际测试时,可以及时采集并显示当前环境的温湿度、人体脉搏心率和血氧饱和度,针对在环境中点燃香烟或者释放打火机的煤油气体时,在程序界面会及时警报。物联网技术已经慢慢普及到人们日程生活当中,基于物联网的室内环境健康监测记录系统简洁方便、实用性强、性能优越, 很好的实现了室内环境和人体健康参数的监测,对长期在室内工作的人群的健康的维护有很大的意义,是一个非常具有实用价值的设计。

摘要：本设计介绍一种以STC12C5A60S2单片机构成的传感器网络为基础,以Lab VIEW为上位机,可直观展示当前环境的温湿度以及空气污染状况并且可以进行人体脉搏心率和血氧测量。本设计具有体积微小、实用性强、性能优越等特点。

城市市政道桥健康监测关键技术研究 第11篇

【关键词】道桥；传感器；监测

0.前言

市政道桥建设与人民日常生活紧密相连，它是人们交通出行安全的重要设施之一。在一些城市中，道桥倒塌事故频频发生，直接威胁着人们的生命财产安全。城市道路桥梁在运行阶段的风险评价，引起政府及广大市民的高度关注，因此，要建立健全城市市政道路桥梁风险评价基础性资料数据库、事故数据库及灾害实例数据库等，防范以未然。下面在道路桥梁工程建设中就市政道桥健康监测关键技术进行分析总结并探讨。结止到2000年，就深圳市而言已建成城市桥梁30座。在对此30座城市桥梁的检测中发现其中有27座桥梁有不同程度的问题出现。这些问题桥梁成为城市交通的重大隐患之一。在对市政道路桥梁重大事故鉴定结果中发现，许多桥梁由于养护不利产生结构的安全性能、耐久性能以及许多路面、桥梁结构中存在的裂缝年久失修，造成道路桥梁的断裂、垮塌等现象。给人们的安全埋下了隐患。

1.市政道桥风险评价现状

在国内市政道桥风险评价研究起步较晚，经社会各个方面的积极努力初见成效并广泛应用于大型道路桥梁工程之中。在一些重大工程项目的风险管理中，采用了保险公司、保险中介机构的防损技术，将可预见的风险划分为自然风险、意外事故风险两种，且提出相应的风险管理措施，把未来的风险损失降低到最低。多年来，虽然积累了一些城市道路桥梁风险评估的经验，但还没有一套完整的道路桥梁全生命周期的风险评估机制。如在大型建筑结构中使用探伤技术；完善的城市道路桥梁安全监测体系；究其原因是虽然道路桥梁结构的安全问题受到重视，但结构的耐久性却被忽视，正是由于看似不起眼的小问题潜伏着不安全的大隐患，直接影响着城市交通安全以及减少道路桥梁结构的使用寿命。总而言之造成以上现象的主要原因是由于城市道路桥梁风险评价的基础性工作薄弱，一方面由于缺乏有效的風险评价的基础数据资料，另一方面由于事故发生后处理及评估结果不及时。在国外对市政道桥风险评估分析有许多经验可以借鉴。对道路桥梁风险进行评估方法有：层次分析法、蒙特卡罗模拟法、cim模型和影响图法及调查打分法等理论方法。评估技术有：利用先进的测试传感器和监测技术手段。在传统检测技术基础上新型传感技术更智能、更精确、更稳定、小尺寸且可远程控制。在全球目前有一些大跨度桥梁及关键的市政道路已设计或安装了长期的健康监测系统。安装城市市政道路桥梁健康监测系统其的目地是整体地、全面地获得对结构行为及状况的了解，及时进行损伤，及时进行养护和修补，杜绝重大隐患的产生。

2.市政道桥传感器技术的应用

评估中的应用随着传感器、数据传输、计算机硬件软件等技术的发展，传感器技术在市政道桥风险评估中得到广泛的应用，计算机自动的连续不断的实时的监测道路桥梁。以嵌入式为主的光纤传感技术也应用于城市市政道路桥梁的健康监测之中。其与传统的监测技术相比，光纤为介质的传感器技术以光纤传感器的光信号作为载体，光纤为媒质，光纤的纤芯材料为二氧化硅，具有耐腐蚀、抗电磁干扰、安全系数高等特点；以光纤本身轻细纤柔，光纤传感器的体积小且重量轻，即便于布设安装，又对埋设部位的材料性能和力学参数影响小，实现无损埋设；具有灵敏、可靠、使用寿命长等优点。其实际应用于结构检测及损坏检测、实验应力分析、系统和服务设施的管理及其控制。工程结构健康监测范围：工程结构中应力、裂缝、温度、压力、变形、腐蚀及其相关信息等，建筑系统的管理及控制：光纤网络一是起到传感器的作用，二是起到信息传输网络的作用。在混凝土中埋入式的光纤传感器应用，包括混凝土在养护期的热应变及温度监测、结构内部应变监测以及裂缝监测等。为混凝土结构的内部状态的实时进行无损监测提供信息，保障了结构的安全监测和整体性评价及维护，利于对结构设计进行准确的评价。因此，对城市市政道路桥梁的结构健康状态监测可以通过基于布里渊散射的分布式光纤温度与应变监测技术或者基于光纤光栅的准分布室温度和压力监测技术。目前的检测光纤优点很多。

传感器的光信号作为载体，光纤为媒质，光纤的纤芯材料为二氧化硅，因此，该传感器具有耐腐蚀，抗电磁干扰，防雷击等特点，属本质安全；而且光纤本身轻细纤柔，光纤传感器的体积小，重量轻，不仅便于布设安装，而且对埋设部位的材料性能和力学参数影响甚小，能实现无损埋设；灵敏度高，可靠性好，使用寿命长。其应用可分为三个方面：结构检测和损坏检测；实验应力分析；系统和服务设施的管理和控制。

以往采用单点监测方法，测点少，成果不直观，需要通过分析才能最终了解现场的情况，这种传统的单点监测方法不仅费工、费时、费钱，而且效果也不理想。因此，对于城市市政道路桥梁的结构健康状态监测，可以通过下面的两种方案：基于布里渊散射的分布式光纤温度与应变监测技术、基于光纤光栅的准分布室温度和压力监测技术。市政道桥健康监测系统部署传感系统：包括多种类型的传感器及相应的信号放大和接收装置，可技术Techn。I。gy叠完成城市市政道桥在运营时对各种动态响应、环境状态、荷载等信号的检测及转换功能。传感器的布设应该在广泛征求专家和桥管处工作人员意见的同时，经过多次模拟试验，确定的监测内容及测点布置是最优的方案。信号采集与处理系统：将所有的信号分为振动类、位移类、应变／应力类、荷载环境类等，由上述几类控机系统分别完成各类信号的采集与分析处理，并与服务器组成局域网，实现数据共享。评估系统：主要以设计文件、现场监测数据、相关的规范及标准、城市市政道桥多年运营以及管理维护方面的信息为依据，利用监测到的结构特性参数。

3.结语

城市市政道路桥梁的安全关系着广大人民群众的生命财产安全，要充分认识城市市政道桥风险评价的重要性，从国内外常见的事故案例中广泛汲取的经验，防微杜渐，在传统的工程设计、施工、监管过程中加强先进的科技手段贯穿全过程，从最基础性的工作抓起，以便在市政道桥出现险情时及时预警预报，将市政道桥事故的风险损失降低为零。进一步加强城市桥梁风险评价的研究，引进先进的城市道桥风险预警预报管理机制，推动城市市政建设向前发展。■

【参考文献】

［1］安关峰. 城市市政道路桥梁技术建设造价比较分析[J].建筑监督检测与造价,2008,(05).

［2］李尊强,王洪刚,张晨. 城市市政道路桥梁技术[J].青岛理工大学学报,2008,(06).

快速定量装车站钢结构健康监测系统 第12篇

快速定量装车站钢结构是装车系统所有设备的载体,是系统安全稳定运转的保证。该结构具有结构复杂、高度大、载荷种类多、波动范围大的特点。装车站的主体结构采用框架—支撑体系,结构除了承担自身以及设备的静载和活载、风载、雪载外,还需要承载上栈胶带拉力、栈桥搭接、塔架内各设备载荷启动运转、缓冲仓进料、定量仓配料等产生的动载荷,外加不确定性很强的地震作用。环境侵蚀、疲劳效应与突变效应等因素的作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减,不可控因素较多,各部分的具体情况无法量化处理。为了保证结构的安全性、完整性、适用性与耐久性,本文介绍了一种快速定量装车站钢结构健康监测系统。

1 装车站钢结构健康监测系统

1.1 载荷测量方法

为了获得装车过程中装车站承重梁柱的应变值及顶层横向位移值,需在相应位置布置电阻应变片或加速度传感器进行静态、动态载荷测量。结构健康监测系统中常用的传感元件有光纤元件、压电元件、疲劳寿命元件、电阻应变元件等。电阻应变元件具有结构稳定可靠、应变丝形小质轻、使用方便等特点,因此选取电阻应变片BE120-2BB作为静态测试元件[2]。静态应变测量原理如图1所示,采集仪选用JC-4A型静态应变仪。动态测量需要实时监测,而压电元件具有频响高、重复性好、便于实现主动监测的优点,因而采用压电材料进行动态测量。在进行动态测量前,经理论计算得到装车站横向自振主频为1～3 Hz,因此,选用DH186内置阻抗变换器加速度计测量动态加速度,采用DH5923型动态信号测试分析系统进行数据采集。动态加速度测量原理如图2所示[3]。

1.2 测点布置

测点布置原则:为了检测不易控制的动载荷,电阻应变片需布置在动载荷比较集中的部位;测点位置应力求对称以增加结果的可比性,便于分析[4]。以常规的装车站为例,装车站静态及动态情况下的测点位置如图3所示,各测点位置和测量内容见表1,其中横向加速度振幅采用内置阻抗变换器加速度计测量,竖向弯曲应变采用电阻应变片测量。

1.3 载荷测量时机及工况

装车站主体材料采用的是钢材。钢材强度高,重量轻,材质均匀,塑形韧性好,具有良好的加工和焊接性能,但是钢结构的韧性不是一成不变的,温度变化就会对它产生影响。GB 50009—2012 《建筑结构荷载规范》加入了温度作用的内容[5],可见温度变化产生的应力不容小觑,测量时要剔除这些因素的影响,减少外界温度变化及局部湿气引起的温度应力。载荷测量时间选为清晨太阳出来以后。根据装车站的工艺要求及工作情况,分3种工况进行测量[6]:

工况1:缓冲仓加至满仓,称重仓加至满仓。

工况2:缓冲仓满载,称重仓空。

工况3:配煤装载。

2 载荷测量结果分析

图4、图5分别为测点A-1,A-2的应变曲线。分析可知,定量仓安装层4个框架梁受力基本相似,测点A-1最大应力值为60 με,而测点A-2最大应力值为250 με,比测点A-1最大应力值大很多,其主要原因是称重仓偏载。称重仓在实际配料过程中的物料流动受多种因素的影响,这些影响具有不可控性,在设计中很难消除,只能尽量减小。图6、图7分别为测点C-1,C-2的应变曲线。对比可知,主立柱钢结构接头部分上下的应变基本相同,变化受力一致,最大应变值约为51 με,完全处在弹性工作阶段。GB 50017—2003《钢结构设计规范》中允许的疲劳应力幅值[Δσ]=144 MPa,而实测的应力幅值为10.506 MPa,低于规范中的允许值,表明该快速定量装车站在运行中处于安全健康状态[7]。

测点1-1,1-2主要测试主立柱横向加速度振幅;测点2-1,2-2主要测试带式输送机头部分横向加速度振幅。现以缓冲仓开闭闸门、给定量仓配煤的过程为例进行动态测试,结果如图8、图9所示。由图8、图9可知,测点1-1,1-2加速度最大值为0.6 m/s2,最小值为-0.9 m/s2,有效值为0.2 m/s2,峰峰值为1.4 m/s2;测点2-1,2-2加速度最大值为0.7 m/s2,最小值为-0.7 m/s2,有效值为0.2 m/s2,峰峰值为1.4 m/s2。2组测点的位移曲线如图10、图11所示。

由图10可知,通道2位移最大值为12.5 mm,最小值为-5 mm。由图11可知,通道1位移最大值为12 mm,最小值为-11 mm。

结合现场加速度分析可知,带式输送机头平均位移为15 mm,最大位移为17.5mm,上站胶带层主力柱平均位移为12 mm,上站胶带层的最大位移为22.5 mm。这表明装车站的横向位移不只由带式输送机激励所产生,还有一部分来源于周围环境的激扰,如缓冲仓卸料、定量仓配料、胶带电动机启动等。分析装车站结构发现,装车站采用的是框架—支撑体系,该结构形式具有较大的侧向刚度,足以承受装车站内部设备运转以及外力。实测的装车站顶部的最大位移不仅与设计的横向位移相符,并且小于钢结构规范中露天栈桥柱的允许横向位移[9]。现场测量结果表明装车站处于安全运行状态。

3 结语

由现场静态、动态测量结果可知,被测装车站钢结构横向位移小于钢结构规范中露天栈桥柱的允许横向位移;主立柱最大应力值小于允许值,因此,该装车站结构安全、可靠。装车站的横向位移是由结构设备的启动和运转造成的,应力远小于钢结构的屈服应力,装车站钢结构避开了共振的频率范围,使得装车站不会产生较大晃动。因此,只要钢结构不受腐蚀,在设计使用期限内就是安全可靠的。虽然装车站钢结构具有很高的可靠度,但还需定期维护和检查,发现问题及时处理,以保证结构的使用寿命。快速定量装车站钢结构健康监测系统适用于装车站钢结构的健康检查,也可用作其他大型钢结构健康状况的诊断。

摘要：分析了快速定量装车站钢结构的静态应变测量原理及动态加速度测量原理;以常规的装车站为例,介绍了测点位置的布置、测量时机及工况的选择;通过对不同载荷下装车站的静态、动态实测,对其运行现状进行了评估与分析。测试结果表明,被测装车站钢结构横向位移小于《钢结构设计规范》中露天栈桥柱的允许横向位移,主立柱最大应力值小于允许值,该装车站钢结构安全、可靠。

关键词：装车站,钢结构,健康监测,静态测试,动态测试

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