專利名稱：用于大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程技術(shù)，具體說就是一種用于大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全 預(yù)警的技術(shù)。
背景技術(shù)：
重大工程結(jié)構(gòu)的使用期長(zhǎng)達(dá)幾十年、甚至上百年，在環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的 長(zhǎng)期效應(yīng)、疲勞效應(yīng)等災(zāi)害因素的共同作用下將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷積累和抗 力衰減，極端情況下可能引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故。隨著對(duì)工程結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性及正常 使用功能的日益關(guān)注，人們希望能夠在結(jié)構(gòu)的服役期，即使出現(xiàn)一些如地震、臺(tái)風(fēng)、爆炸等 災(zāi)害性事故后，也能充分了解結(jié)構(gòu)的健康狀況，以決定是否需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，以 及何時(shí)進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)。近年來(lái)，為適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需求，我國(guó)已經(jīng)規(guī)劃并正在 建造一大批大型場(chǎng)館，建設(shè)的規(guī)模之大、投資之高均是我國(guó)歷史上前所未有的。由于大型場(chǎng) 館特別重大的社會(huì)意義和影響，加之大型場(chǎng)館體量大、個(gè)性顯著、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、新材料和新技 術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)少、許多技術(shù)為世界之最或首次應(yīng)用，因此，如何進(jìn)一步采取有效措施保證大 型場(chǎng)館的安全性是一個(gè)特別值得關(guān)注和迫切需要解決的問題。近年來(lái)，隨著智能材料與結(jié)構(gòu)以及信息科學(xué)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警技 術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的研究與應(yīng)用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警技術(shù)通過監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件 和關(guān)鍵位置的反應(yīng)，推斷結(jié)構(gòu)的健康與安全狀況，并及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，從而保障結(jié)構(gòu)的服役安 全，避免重大事故的發(fā)生，是土木工程領(lǐng)域的前沿技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種解決大跨度空間結(jié)構(gòu)的安全評(píng)價(jià)問題的用于大跨度 空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警的技術(shù)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括以下內(nèi)容步驟一大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的等級(jí)的確定根據(jù)大跨度空間結(jié)構(gòu)的投資規(guī)律、重要性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和易損性，確定大跨度 空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的等級(jí)劃分級(jí)別，其中大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng) 等級(jí)分為三級(jí)，其中一級(jí)監(jiān)測(cè)內(nèi)容全、系統(tǒng)硬軟件先進(jìn)、系統(tǒng)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性、集成化和網(wǎng)絡(luò) 化程度高、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；二級(jí)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容較全、系統(tǒng)軟硬件先進(jìn)、系統(tǒng)定期連續(xù)監(jiān)測(cè)、自 動(dòng)化程度較高、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行；三級(jí)的檢測(cè)內(nèi)容、檢測(cè)系統(tǒng)軟硬件、檢測(cè)制度等 符合國(guó)家建筑結(jié)構(gòu)維護(hù)的的相應(yīng)要求；監(jiān)測(cè)內(nèi)容為大跨度空間結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)變、振 動(dòng)、位移和環(huán)境風(fēng)荷載；步驟二 傳感器選型與布設(shè)建立大跨度空間結(jié)構(gòu)精細(xì)化有限元模型，對(duì)該結(jié)構(gòu)在不利工況下的受力進(jìn)行計(jì)算 分析，尤其是考慮了風(fēng)和積雪荷載聯(lián)合作用下，結(jié)構(gòu)的受力情況；在此基礎(chǔ)上，確定了傳感 器的布設(shè)類型、數(shù)量及位置，在屋蓋和墻面上供設(shè)計(jì)并安裝光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感器，加速度傳感器；風(fēng)壓傳感器，三維超聲風(fēng)速儀，激光位移傳感器；加速度傳感器包括單軸、雙軸和三軸傳感器，可實(shí)現(xiàn)同步監(jiān)控空間三維方向上的 結(jié)構(gòu)振動(dòng)，通過這些傳感器可采集到大跨度空間結(jié)構(gòu)在日常環(huán)境激勵(lì)、地震激勵(lì)及人為激 勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，為結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估提供更多的信息來(lái)源；風(fēng)壓傳感器用于監(jiān)控大跨度空間結(jié)構(gòu)的表面的風(fēng)壓大小及分布狀況，為結(jié)構(gòu)的安 全評(píng)定提供必要的直接作用荷載信息；三維超聲波風(fēng)速儀，可實(shí)現(xiàn)空間三維方向的風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)即風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)攻角，通 過數(shù)據(jù)的分析可獲得順風(fēng)向、橫風(fēng)向、豎風(fēng)向的平均風(fēng)速、平均風(fēng)向、功率譜密度、湍流強(qiáng) 度、湍流積分尺度和陣風(fēng)因子信息，以此來(lái)評(píng)價(jià)建筑物周圍風(fēng)荷載的特性，將此與風(fēng)壓傳感 器聯(lián)合使用更可獲得結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)速、不同風(fēng)向、不同風(fēng)攻角風(fēng)荷載作用下的大跨度空間 空間結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布狀況，為結(jié)構(gòu)提供更加全面的風(fēng)荷載作用信息；激光位移傳感器采用非接觸式激光位移傳感器監(jiān)測(cè)其振動(dòng)，；步驟三數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)根據(jù)步驟一和二的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等級(jí)和傳感器類型，選用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)均公開，具有良好的開放性，適用于大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù) 警，數(shù)據(jù)采集硬件接口方式采用PCI數(shù)據(jù)采集卡；根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)變變化率確定其采樣頻率為 lS/m、根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率確定加速度傳感器采樣率為500S/s，根據(jù)傳感器數(shù)量確定數(shù)據(jù)采 集硬件通道數(shù)為64通道，精度為16位，量程范圍為-IOV +IOV ；并由此確定數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)硬件分別包括光纖光柵解調(diào)儀和NI DAQ高精度高分辨率數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)包括選擇Windows系列操作系統(tǒng)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件，由數(shù)據(jù)采 集硬件廠商提供，并與相應(yīng)的硬件系統(tǒng)所匹；數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)選用Visual C++ 和LabVIEW開發(fā)；各類傳感器采集軟件包括光纖光柵采集存儲(chǔ)程序和結(jié)構(gòu)振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟 件；數(shù)據(jù)傳輸需保證傳感器信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之前損耗小，所受干擾 小，失真小，傳輸時(shí)間短；在保證以上要求的前提下，盡量使布線短，所遭受破壞的可能性 ?。煌瑫r(shí)還需要滿足經(jīng)濟(jì)合理的要求，包括光纖光柵類傳感器的光信號(hào)直接采用有線光纜 傳輸；小于IOOOm的電信號(hào)傳輸采用多芯屏蔽電纜RVVP 2x2. 5傳輸；步驟四系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管 理子系統(tǒng)和信號(hào)處理子系統(tǒng)組成，傳感器子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將結(jié)構(gòu)響應(yīng)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，數(shù)據(jù)采 集與傳輸子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)數(shù)字化并傳輸至計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)組織、存儲(chǔ) 海量采集數(shù)據(jù)，信號(hào)處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)解釋采集到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與環(huán)境數(shù)據(jù)，傳感器子系統(tǒng)主 要由傳感器硬件組成、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集與傳輸硬件與數(shù)據(jù)采集軟件 組成，數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)主要由主要為數(shù)據(jù)庫(kù)軟件實(shí)現(xiàn)，信號(hào)處理子系統(tǒng)還包括損傷識(shí)別子 系統(tǒng)、模型修正子系統(tǒng)和安全評(píng)定子系統(tǒng)，信號(hào)處理子系統(tǒng)主要由專業(yè)分析軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)， 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息與分析結(jié)果均需要存入數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，所有子系統(tǒng) 均從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取和調(diào)用數(shù)據(jù)，因此，將數(shù)據(jù)庫(kù)稱為健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)中心”；本系統(tǒng)的 核心軟件為L(zhǎng)abVIEW，其它的軟件有計(jì)算分析軟件Matlab、結(jié)構(gòu)分析軟件Ansys和數(shù)據(jù)庫(kù) 系統(tǒng)軟件，所有軟件的運(yùn)行和調(diào)用通過LabVIEW完成，LabVIEff使用ActiveX技術(shù)來(lái)調(diào)用MATLAB腳本程序，在MATLABkript節(jié)點(diǎn)中編輯MATLAB程序，并在LabVIEW環(huán)境下運(yùn)行；通 過以上方法，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線分析，調(diào)用Matlab的觸發(fā)機(jī)制采用設(shè)定閾值進(jìn)行觸 發(fā)，當(dāng)某種類型傳感器信號(hào)值與事先設(shè)定的閾值比較后如果為真，即調(diào)用Matlab進(jìn)行模態(tài) 和損傷識(shí)別分析，LabVIEW可以調(diào)用系統(tǒng)中任何路徑的可執(zhí)行文件，采用該種方法實(shí)現(xiàn)對(duì) Ansys的調(diào)用，這種情況下Ansys的分析方法為采用批處理式分析方法執(zhí)行命令流文件，并 且可將指定單元構(gòu)件的某項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)直接寫入文本文件中，供其他程序調(diào)用查詢，LabVIEff 與數(shù)據(jù)庫(kù)之間LabVIEW的ActiveX功能，調(diào)用Microsoft ADO控件，利用SQL語(yǔ)言訪問數(shù) 據(jù)庫(kù)并將所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入中心數(shù)據(jù)庫(kù)中，Matlab與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通訊采用Matlab的 Database Toolbox XJIff ；步驟五監(jiān)控中心建設(shè)所有傳感器安裝完畢，為了獲得高質(zhì)量信號(hào)，所有類型的傳感器的線路經(jīng)由不同 的電纜及光纜橋架進(jìn)入中央控制室，并在控制室匯總并分類，電纜全部采用多芯靜電屏蔽 電纜以降低周圍環(huán)境電磁干擾的影響，所有采集設(shè)備被安裝在機(jī)柜內(nèi)，可進(jìn)一步增強(qiáng)靜電 屏蔽效應(yīng)，地板采用防靜電地板。本發(fā)明用于大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警，采用本發(fā)明可有效正確地獲取 大跨度空間結(jié)構(gòu)響應(yīng)與環(huán)境荷載信息，根據(jù)上述信息可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大跨度空間結(jié)構(gòu)的健康狀 況并對(duì)大跨度空間結(jié)構(gòu)的安全狀況進(jìn)行預(yù)警。


圖1光柵光纖類傳感器位置分布圖；圖2加速度傳感器布設(shè)圖；圖3風(fēng)壓傳感器布設(shè)位置分布圖；圖4風(fēng)速儀和激光位移傳感器布設(shè)位置；圖5健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的關(guān)系與流程圖；其中1、光柵光纖類傳感器，2、加速度傳感器，3、風(fēng)壓傳感器，4、風(fēng)速儀，5、激光位 移傳感器，6、傳感器子系統(tǒng)，7、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)，8、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、9、信號(hào)處理子 系統(tǒng)，10、損傷識(shí)別子系統(tǒng)，11、模型修正子系統(tǒng)，12、安全評(píng)定子系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 本發(fā)明為解決大跨度空間結(jié)構(gòu)的安全評(píng)價(jià)問題采取的技術(shù)方案是按照 以下的步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一首先依據(jù)結(jié)構(gòu)的投資規(guī)律、重要性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和易損性等，確定大 跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的等級(jí)劃分，確定對(duì)應(yīng)每一等級(jí)的監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān) 測(cè)內(nèi)容和功能，給出監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總則。根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等級(jí)、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、功能、性價(jià)比、量程、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)變量的靜動(dòng)力特征， 確定大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的硬件和軟件選擇原則、指標(biāo)和性能要求。步驟二 采用前述方法，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性原則，確定大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系 統(tǒng)的傳感器測(cè)點(diǎn)位置和數(shù)量；設(shè)計(jì)集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件以及數(shù)據(jù)傳輸距離和速度的要求，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)有線和無(wú)線傳輸方案的確定原則及系統(tǒng)；結(jié)合目前結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià) 技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，設(shè)計(jì)在線和離線結(jié)合的結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)安全預(yù)警系統(tǒng)；結(jié)合電 器設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境要求，設(shè)計(jì)監(jiān)控中心。設(shè)計(jì)大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的可維 護(hù)、可更換、可升級(jí)方法，以及人員培訓(xùn)方案，給出人員培訓(xùn)教案的編制原則。步驟三針對(duì)大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)常涉及到的電學(xué)物理量和光學(xué)物理量(光 纖類傳感器)，分別采用LabVIEW和VC++編制大規(guī)模多種類數(shù)據(jù)同步采集軟件；針對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 有線和無(wú)線傳輸、中程無(wú)線傳輸和遠(yuǎn)程^ternet傳輸方案，采用LabVIEW，編制開發(fā)數(shù)據(jù)傳 輸軟件；為減輕存儲(chǔ)量及對(duì)硬件設(shè)備的要求，根據(jù)結(jié)構(gòu)自振頻率、結(jié)構(gòu)不利荷載時(shí)段，分別 采用時(shí)段法和閾值法確定結(jié)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)策略，研究開發(fā)地震和強(qiáng)風(fēng)及大雪以 及其他突發(fā)事件時(shí)的數(shù)據(jù)自動(dòng)緩存技術(shù)；對(duì)采集的數(shù)據(jù)，通過與對(duì)稱位置和不同時(shí)段采集 的數(shù)據(jù)的比較，以及數(shù)據(jù)的特征分析等，研究異常數(shù)據(jù)判斷與自動(dòng)剔除技術(shù)。步驟三分別采用Matlab和VC++研究開發(fā)基于本課題提出的結(jié)構(gòu)模態(tài)識(shí)別軟 件、結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法的軟件、模型修正軟件、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件、結(jié)構(gòu)安全評(píng)定和可 靠度評(píng)定軟件和結(jié)構(gòu)安全預(yù)警軟件，形成結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)軟件包；分別開發(fā)基于Web的SQL krver和Oracle網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)；開發(fā)上述軟件之間的無(wú)縫接口技術(shù)和軟件與硬件集成技術(shù)； 開發(fā)基于hternet和htranet的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和控制技術(shù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和評(píng)價(jià)結(jié)果可 視化技術(shù)、自動(dòng)安全預(yù)警軟硬件集成技術(shù)。實(shí)施例3 結(jié)合圖1 圖5，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之具體實(shí)例如下以國(guó)家游泳中心(水立方)為例，步驟一水立方結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的等級(jí)的確定根據(jù)結(jié)構(gòu)的投資規(guī)律、重要性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和易損性等，確定水立方結(jié)構(gòu)健康 監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的等級(jí)劃分為一級(jí)，即監(jiān)測(cè)內(nèi)容全面、系統(tǒng)硬軟件先進(jìn)、系統(tǒng)自動(dòng)化、實(shí)時(shí) 性、集成化和網(wǎng)絡(luò)化程度高、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)變、振動(dòng)、位移、環(huán)境 風(fēng)荷載等。步驟二 傳感器選型與布設(shè)建立國(guó)家游泳中心精細(xì)化有限元模型，對(duì)該結(jié)構(gòu)在100余種最不利工況下的受力 進(jìn)行計(jì)算分析，尤其是考慮了風(fēng)和積雪荷載聯(lián)合作用下，結(jié)構(gòu)的受力情況；進(jìn)一步建立了包 括ETFE膜在內(nèi)的流固耦合模型，并進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，得到了 ETFE膜結(jié)構(gòu)上的風(fēng)壓分布 特點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上，確定了傳感器的布設(shè)類型、數(shù)量及位置，在屋蓋和墻面上供設(shè)計(jì)并安裝 了 260個(gè)光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感器，26個(gè)加速度傳感器個(gè)風(fēng)壓傳感器，1個(gè)三維超聲 風(fēng)速儀，2個(gè)激光位移傳感器；其中光柵光纖類傳感器位置分布圖如圖1所示。加速度傳感器個(gè)數(shù)總計(jì)為沈只，分布在結(jié)構(gòu)屋蓋下弦的18個(gè)點(diǎn)位上，傳感器分 為單軸、雙軸和三軸傳感器，可實(shí)現(xiàn)同步監(jiān)控空間三維方向上的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，通過這些傳感 器可采集到結(jié)構(gòu)在日常環(huán)境激勵(lì)(風(fēng)、地球脈動(dòng))、地震激勵(lì)及人為激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，為 結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估提供更多的信息來(lái)源。加速度傳感器布設(shè)分布圖如圖2所示。風(fēng)壓傳感器個(gè)數(shù)總計(jì)為沈只，主要布設(shè)在鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的上表面，用于監(jiān)控結(jié)構(gòu)屋 蓋表面的風(fēng)壓大小及分布狀況，為結(jié)構(gòu)的安全評(píng)定提供必要的直接作用荷載信息。風(fēng)壓傳 感器布設(shè)位置分布圖如圖3所示。為了能夠獲得更加全面的建筑物周圍風(fēng)荷載信息，在結(jié)構(gòu)屋蓋頂部西北角處設(shè)立了三維超聲波風(fēng)速儀，可實(shí)現(xiàn)空間三維方向的風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)(風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)攻角)，通過數(shù) 據(jù)的分析可獲得順風(fēng)向、橫風(fēng)向、豎風(fēng)向的平均風(fēng)速、平均風(fēng)向、功率譜密度、湍流強(qiáng)度、湍 流積分尺度、陣風(fēng)因子等信息，以此來(lái)評(píng)價(jià)建筑物周圍風(fēng)荷載的特性，將此與風(fēng)壓傳感器聯(lián) 合使用更可獲得結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)速、不同風(fēng)向、不同風(fēng)攻角風(fēng)荷載作用下的屋蓋表面風(fēng)壓分 布狀況，為結(jié)構(gòu)提供更加全面的風(fēng)荷載作用信息。風(fēng)速儀布設(shè)位置如圖4所示。考慮到結(jié)構(gòu)表面的覆蓋物為ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)，因此，存在著風(fēng)與膜結(jié)構(gòu)之間的流 固耦合作用，該流固耦合作用主要體現(xiàn)在兩方面一方面，耦合效應(yīng)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影 響，主要體現(xiàn)在會(huì)增大結(jié)構(gòu)的質(zhì)量(附加質(zhì)量)，從而降低了結(jié)構(gòu)的剛度；另一方面，耦合效 應(yīng)也同時(shí)會(huì)增大結(jié)構(gòu)的阻尼(氣動(dòng)阻尼)，當(dāng)阻尼為正時(shí)，結(jié)構(gòu)的耗能能力增加，會(huì)一定程 度的降低結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，這是有利的一面，但當(dāng)阻尼為負(fù)時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)不斷從外界吸收風(fēng)荷 載所攜帶的能量，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)會(huì)不斷被放大，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到臨界風(fēng)速時(shí)，結(jié)構(gòu)的安全性會(huì) 大幅降低。鑒于以上原因，本項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)屋蓋的上方臨時(shí)設(shè)立了一膜結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)站，對(duì)膜 結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、ETFE氣枕表面風(fēng)壓及環(huán)境風(fēng)速進(jìn)行了聯(lián)合監(jiān)測(cè)，獲得了大量的、寶貴的數(shù)據(jù)， 通過數(shù)據(jù)的分析更可定性及定量的給出不同風(fēng)速、不同氣枕表面風(fēng)壓及不同環(huán)境溫度下的 氣枕動(dòng)力響應(yīng)狀況，更可從數(shù)據(jù)中提取出膜結(jié)構(gòu)氣枕在不同風(fēng)環(huán)境作用下的振動(dòng)頻率、氣 動(dòng)阻尼和附加質(zhì)量，對(duì)于充分了解膜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和流固耦合作用效應(yīng)提供了必要的信 息支持。激光位移傳感器布設(shè)位置如圖4所示。步驟三數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)根據(jù)步驟一和二的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等級(jí)和傳感器類型，選用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)等均公開，具有良好的開放性，適用于大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全 預(yù)警。數(shù)據(jù)采集硬件接口方式采用PCI數(shù)據(jù)采集卡；根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)變變化率確定其采樣頻率 為is/m、根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率確定加速度傳感器采樣率為500S/S，根據(jù)傳感器數(shù)量確定數(shù)據(jù) 采集硬件通道數(shù)為64通道，精度為16位，量程范圍為-IOV +IOV ；并由此確定數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)硬件分別包括光纖光柵解調(diào)儀和NI DAQ高精度高分辨率數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)，選擇Windows系列操作系統(tǒng)，其具有較好的安 全性、可靠性、可用性；設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件，由數(shù)據(jù)采集硬件廠商提供，并與相應(yīng)的硬件系統(tǒng)所匹 配。數(shù)據(jù)采集硬件廠商提供的設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件可將相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集硬件功能發(fā)揮至最大；數(shù) 據(jù)采集應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)選用Visual C++和LabVIEW開發(fā)；數(shù)據(jù)傳輸需保證傳感器信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之前損耗最小，所受干擾 最小，失真最小，傳輸時(shí)間最短；在保證以上要求的前提下，盡量使布線最短、最優(yōu)，所遭受 破壞的可能性最??；另外，也需要滿足經(jīng)濟(jì)合理的要求。根據(jù)水立方中傳感器布設(shè)位置和數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，光纖光柵類傳感器的光信號(hào)直接采用有線光纜傳輸；其他短距離(小 于1000m)的電信號(hào)傳輸采用多芯屏蔽電纜RVVP&2. 5傳輸。步驟四系統(tǒng)集成水立方結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)， 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和信號(hào)處理子系統(tǒng)組成，傳感器子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將結(jié)構(gòu)響應(yīng)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)， 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)數(shù)字化并傳輸至計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)組 織、存儲(chǔ)海量采集數(shù)據(jù)，信號(hào)處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)解釋采集到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與環(huán)境數(shù)據(jù)，傳感器子 系統(tǒng)主要由傳感器硬件組成、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集與傳輸硬件與數(shù)據(jù)采集軟件組成，數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)主要由主要為數(shù)據(jù)庫(kù)軟件實(shí)現(xiàn)，信號(hào)處理子系統(tǒng)還包括損傷 識(shí)別子系統(tǒng)、模型修正子系統(tǒng)和安全評(píng)定子系統(tǒng)，信號(hào)處理子系統(tǒng)主要由專業(yè)分析軟件系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成是指將系統(tǒng)內(nèi)不同功能的子系統(tǒng)在物理上、邏輯上、功能上連 接在一起，以實(shí)現(xiàn)信息綜合和資源共享，提高系統(tǒng)維護(hù)和管理的自動(dòng)化水平及協(xié)調(diào)運(yùn)行能 力。系統(tǒng)集成的原則為模塊化、開放性、可擴(kuò)充性、可靠性、容錯(cuò)性和易操作性。系統(tǒng)集成 的目標(biāo)為(1)對(duì)系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制和管理，并提供用戶界面，使系統(tǒng)在用戶 界面上方便地進(jìn)行操作。(2)采用開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，共享信息資源。系統(tǒng)集成提供一個(gè)開 放的平臺(tái)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，使各子系統(tǒng)可以自由選擇所需數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮各子系統(tǒng)的功 能，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。由于健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成主要是通過軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件的接口， 因此，系統(tǒng)集成的問題即具體為在某一通用軟件平臺(tái)上的各功能軟硬件之間的接口和調(diào)用 問題，這一通用軟件平臺(tái)稱為系統(tǒng)集成的“核心軟件”;此外，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息與 分析結(jié)果均需要存入數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，所有子系統(tǒng)均從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取和調(diào)用數(shù) 據(jù)，因此，將數(shù)據(jù)庫(kù)稱為健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)中心”。圖5為各子系統(tǒng)之間的關(guān)系與流程圖，根據(jù)該圖可進(jìn)行系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。系統(tǒng)集成 體現(xiàn)在軟件系統(tǒng)上主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是指各子系統(tǒng)軟件之間的接口、調(diào)用及合 理的觸發(fā)機(jī)制，二是指各軟件同數(shù)據(jù)庫(kù)之間的接口、通訊。本系統(tǒng)的核心軟件為L(zhǎng)abVIEW，其 它的軟件有計(jì)算分析軟件Matlab、結(jié)構(gòu)分析軟件Ansys和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件，所有軟件的運(yùn) 行和調(diào)用通過LabVIEW完成。LabVIEW使用ActiveX技術(shù)來(lái)調(diào)用MATLAB腳本程序，在MATLAB Script節(jié)點(diǎn)中編輯MATLAB程序，并在LabVIEW環(huán)境下運(yùn)行；通過以上方法，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) 的實(shí)時(shí)在線分析。調(diào)用Matlab的觸發(fā)機(jī)制采用設(shè)定閾值進(jìn)行觸發(fā)，當(dāng)某種類型傳感器信號(hào) 值與事先設(shè)定的閾值比較后如果為真，即調(diào)用Matlab進(jìn)行模態(tài)和損傷識(shí)別分析。LabVIEW 可以調(diào)用系統(tǒng)中任何路徑的可執(zhí)行文件，采用該種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)Ansys的調(diào)用。這種情況下 Ansys的分析方法為采用批處理式分析方法執(zhí)行命令流文件，并且可將指定單元構(gòu)件的某 項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)直接寫入文本文件中，供其他程序調(diào)用查詢。LabVIEff與數(shù)據(jù)庫(kù)之間LabVIEW的 ActiveX功能，調(diào)用Microsoft ADO控件，利用SQL語(yǔ)言訪問數(shù)據(jù)庫(kù)并將所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入 中心數(shù)據(jù)庫(kù)中。Matlab與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通訊采用Matlab的DatabaseToolbox工具箱。步驟五監(jiān)控中心建設(shè)所有傳感器安裝完畢，為了獲得高質(zhì)量信號(hào)，所有類型的傳感器的線路經(jīng)由不同 的電纜及光纜橋架進(jìn)入中央控制室，并在控制室匯總并分類，電纜全部采用多芯靜電屏蔽 電纜以降低周圍環(huán)境電磁干擾的影響，所有采集設(shè)備被安裝在專用機(jī)柜內(nèi)，可進(jìn)一步增強(qiáng) 靜電屏蔽效應(yīng)，地板采用防靜電地板，以上工作對(duì)于能否獲得干凈的、高信噪比的信號(hào)十分 重要。監(jiān)控室建設(shè)及系統(tǒng)總線如圖5所示。采用本發(fā)明編制的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完成了本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)和管理及系統(tǒng)集成，系統(tǒng)運(yùn)行良好，驗(yàn)證了本結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)是可行和可靠的。在初步建設(shè)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善和提升該系統(tǒng)，建立該系 統(tǒng)所有傳感器的同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、風(fēng)速儀的無(wú)線傳輸和其他傳感器有線傳輸?shù)募蓴?shù)據(jù) 傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，將結(jié)構(gòu)模態(tài)識(shí)別技術(shù)、損傷識(shí)別技術(shù)、模型修正技術(shù)、基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的荷載統(tǒng)計(jì)模型、不利荷載和復(fù)雜環(huán)境下結(jié)構(gòu)失效模式和失效準(zhǔn)則、基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 和趨勢(shì)分析的安全評(píng)價(jià)技術(shù)、基于修正模型的結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)技術(shù)、基于荷載、環(huán)境和響應(yīng)監(jiān) 測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)警技術(shù)和統(tǒng)計(jì)過程預(yù)警技術(shù)集成嵌入該系統(tǒng)，建立大型場(chǎng)館健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù) 警示范系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)外首次對(duì)ETFE膜的風(fēng)速、風(fēng)壓和振動(dòng)進(jìn)行了同步測(cè)試，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù) 進(jìn)行了分析。對(duì)國(guó)家游泳中心的風(fēng)特性、風(fēng)壓分布、風(fēng)效應(yīng)進(jìn)行了多次監(jiān)測(cè)，建立了結(jié)構(gòu)脈 動(dòng)風(fēng)速譜和風(fēng)速與風(fēng)向聯(lián)合概率模型；統(tǒng)計(jì)分析獲得了該結(jié)構(gòu)的極值風(fēng)速與風(fēng)壓的概率分 布模型。對(duì)該結(jié)構(gòu)的應(yīng)變進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析了該結(jié)構(gòu)應(yīng)變與風(fēng)速和溫度 之間的相關(guān)性。利用測(cè)試的加速度數(shù)據(jù)，分析了結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)積累了 大量的結(jié)構(gòu)荷載、環(huán)境和響應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到大跨度空間結(jié)構(gòu)日常運(yùn)行下 的受力狀態(tài)、模態(tài)參數(shù)變化規(guī)律，并設(shè)置更為合理的預(yù)警水平。
權(quán)利要求
1. 一種用于大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警的方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容步驟一大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的等級(jí)的確定根據(jù)大跨度空間結(jié)構(gòu)的投資規(guī)律、重要性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和易損性，確定大跨度空間 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的等級(jí)劃分級(jí)別，其中結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)等級(jí)分為三級(jí)， 其中一級(jí)監(jiān)測(cè)內(nèi)容全、系統(tǒng)硬軟件先進(jìn)、系統(tǒng)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性、集成化和網(wǎng)絡(luò)化程度高、在線 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；二級(jí)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容較全、系統(tǒng)軟硬件先進(jìn)、系統(tǒng)定期連續(xù)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化程度較高、 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行；三級(jí)的檢測(cè)內(nèi)容、檢測(cè)系統(tǒng)軟硬件、檢測(cè)制度等符合國(guó)家建筑結(jié) 構(gòu)維護(hù)的的相應(yīng)要求；監(jiān)測(cè)內(nèi)容為大跨度空間結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)變、振動(dòng)、位移和環(huán)境風(fēng) 荷載；步驟二 傳感器選型與布設(shè)建立大跨度空間結(jié)構(gòu)精細(xì)化有限元模型，對(duì)該結(jié)構(gòu)在不利工況下的受力進(jìn)行計(jì)算分 析，尤其是考慮了風(fēng)和積雪荷載聯(lián)合作用下，結(jié)構(gòu)的受力情況；在此基礎(chǔ)上，確定了傳感器 的布設(shè)類型、數(shù)量及位置，在屋蓋和墻面上供設(shè)計(jì)并安裝光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感器，加速 度傳感器；風(fēng)壓傳感器，三維超聲風(fēng)速儀，激光位移傳感器；加速度傳感器包括單軸、雙軸和三軸傳感器，可實(shí)現(xiàn)同步監(jiān)控空間三維方向上的結(jié)構(gòu) 振動(dòng)，通過這些傳感器可采集到大跨度空間結(jié)構(gòu)在日常環(huán)境激勵(lì)、地震激勵(lì)及人為激勵(lì)下 的振動(dòng)信號(hào)，為結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估提供更多的信息來(lái)源；風(fēng)壓傳感器用于監(jiān)控大跨度空間結(jié)構(gòu)的表面的風(fēng)壓大小及分布狀況，為結(jié)構(gòu)的安全評(píng) 定提供必要的直接作用荷載信息；三維超聲波風(fēng)速儀，可實(shí)現(xiàn)空間三維方向的風(fēng)荷載監(jiān)測(cè)即風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)攻角，通過數(shù) 據(jù)的分析可獲得順風(fēng)向、橫風(fēng)向、豎風(fēng)向的平均風(fēng)速、平均風(fēng)向、功率譜密度、湍流強(qiáng)度、湍 流積分尺度和陣風(fēng)因子信息，以此來(lái)評(píng)價(jià)建筑物周圍風(fēng)荷載的特性，將此與風(fēng)壓傳感器聯(lián) 合使用更可獲得結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)速、不同風(fēng)向、不同風(fēng)攻角風(fēng)荷載作用下的大跨度空間空間 結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布狀況，為結(jié)構(gòu)提供更加全面的風(fēng)荷載作用信息； 激光位移傳感器采用非接觸式激光位移傳感器監(jiān)測(cè)其振動(dòng)，； 步驟三數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)根據(jù)步驟一和二的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等級(jí)和傳感器類型，選用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)均公開，具有良好的開放性，適用于大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù) 警，數(shù)據(jù)采集硬件接口方式采用PCI數(shù)據(jù)采集卡；根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)變變化率確定其采樣頻率為 lS/m、根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率確定加速度傳感器采樣率為500S/s，根據(jù)傳感器數(shù)量確定數(shù)據(jù)采 集硬件通道數(shù)為64通道，精度為16位，量程范圍為-IOV +IOV ；并由此確定數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)硬件分別包括光纖光柵解調(diào)儀和NI DAQ高精度高分辨率數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)包括選擇Windows系列操作系統(tǒng)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件，由數(shù)據(jù)采集硬 件廠商提供，并與相應(yīng)的硬件系統(tǒng)所匹；數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)選用Visual C++和 LabVIEff開發(fā)；各類傳感器采集軟件包括光纖光柵采集存儲(chǔ)程序和結(jié)構(gòu)振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟 件；數(shù)據(jù)傳輸需保證傳感器信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之前損耗小，所受干擾小，失 真小，傳輸時(shí)間短；在保證以上要求的前提下，盡量使布線短，所遭受破壞的可能性小；同時(shí)還需要滿足經(jīng)濟(jì)合理的要求，包括光纖光柵類傳感器的光信號(hào)直接采用有線光纜傳輸； 小于IOOOm的電信號(hào)傳輸采用多芯屏蔽電纜RVVP 2x2. 5傳輸；步驟四系統(tǒng)的集成結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理及傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù) 管理子系統(tǒng)和信號(hào)處理子系統(tǒng)組成，傳感器子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將結(jié)構(gòu)響應(yīng)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，數(shù)據(jù) 采集與處理及傳輸子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)數(shù)字化并傳輸至計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)組 織、存儲(chǔ)海量采集數(shù)據(jù)，信號(hào)處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)解釋采集到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與環(huán)境數(shù)據(jù)，傳感器子 系統(tǒng)主要由傳感器硬件組成、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集與傳輸硬件與數(shù)據(jù)采 集軟件組成，數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)主要由主要為數(shù)據(jù)庫(kù)軟件實(shí)現(xiàn)，信號(hào)處理子系統(tǒng)還包括損傷 識(shí)別子系統(tǒng)、模型修正子系統(tǒng)和安全評(píng)定子系統(tǒng)，信號(hào)處理子系統(tǒng)主要由專業(yè)分析軟件系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息與分析結(jié)果均需要存入數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，所 有子系統(tǒng)均從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取和調(diào)用數(shù)據(jù)，因此，將數(shù)據(jù)庫(kù)稱為健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)中心”; 本系統(tǒng)的核心軟件為L(zhǎng)abVIEW，其它的軟件有計(jì)算分析軟件Matlab、結(jié)構(gòu)分析軟件Ansys和 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件，所有軟件的運(yùn)行和調(diào)用通過LabVIEW完成，LabVIEW使用ActiveX技術(shù)來(lái) 調(diào)用MATLAB腳本程序，在MATLAB Script節(jié)點(diǎn)中編輯MATLAB程序，并在LabVIEW環(huán)境下 運(yùn)行；通過以上方法，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線分析，調(diào)用Matlab的觸發(fā)機(jī)制采用設(shè)定閾 值進(jìn)行觸發(fā)，當(dāng)某種類型傳感器信號(hào)值與事先設(shè)定的閾值比較后如果為真，即調(diào)用Matlab 進(jìn)行模態(tài)和損傷識(shí)別分析，LabVIEW可以調(diào)用系統(tǒng)中任何路徑的可執(zhí)行文件，采用該種方法 實(shí)現(xiàn)對(duì)Ansys的調(diào)用，這種情況下Ansys的分析方法為采用批處理式分析方法執(zhí)行命令流 文件，并且可將指定單元構(gòu)件的某項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)直接寫入文本文件中，供其他程序調(diào)用查詢， LabVIEW與數(shù)據(jù)庫(kù)之間LabVIEW的ActiveX功能，調(diào)用Microsoft ADO控件，利用SQL語(yǔ)言訪 問數(shù)據(jù)庫(kù)并將所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入中心數(shù)據(jù)庫(kù)中，Matlab與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通訊采用Matlab ^tJ Database Toolbox 工胃；步驟五監(jiān)控中心建設(shè)所有傳感器安裝完畢，為了獲得高質(zhì)量信號(hào)，所有類型的傳感器的線路經(jīng)由不同的電 纜及光纜橋架進(jìn)入中央控制室，并在控制室匯總并分類，電纜全部采用多芯靜電屏蔽電纜 以降低周圍環(huán)境電磁干擾的影響，所有采集設(shè)備被安裝在機(jī)柜內(nèi)，可進(jìn)一步增強(qiáng)靜電屏蔽 效應(yīng)，地板采用防靜電地板。
全文摘要
一種用于大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警的方法，包括以下內(nèi)容步驟一大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的等級(jí)的確定；步驟二傳感器選型與布設(shè)；步驟三數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)；步驟四系統(tǒng)的集成；步驟五監(jiān)控中心建設(shè)。本發(fā)明可有效正確地獲取大跨度空間結(jié)構(gòu)響應(yīng)與環(huán)境荷載信息，根據(jù)上述信息可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大跨度空間結(jié)構(gòu)的健康狀況并對(duì)大跨度空間結(jié)構(gòu)的安全狀況進(jìn)行預(yù)警。
文檔編號(hào)G01D21/02GK102128725SQ20101057128
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者劉洋, 周文松, 張茹, 李惠, 郭宗蓮, 鮑躍全 申請(qǐng)人:李惠