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运用PXI总线采集卡和LabVIEW编程进行大桥整体康健检测

运用PXI总线采集卡和LabVIEW编程进行大桥整体康健检测

东海大桥作为中国首座跨海大桥,耗资14亿美元,于2004年完结通车。六车道的大桥将上海与洋山岛连在了一同,大桥全长33.5千米,并描绘成S形以避开台风和波浪区,以包管车辆安全行进。

 

 

咱们建立了一个布局安康监测(SHM)体系,它可以供给很多的数据来评价大桥损坏和退化程度、布局功能情况、关于突发性灾祸的反响。运用这些数据可以对桥梁的描绘和缔造技能进行研究。上海巨一科技发展有限公司(JUST ONE Technology)运用根据NI PXI的数据收集(DAQ)体系和NI LabVIEW软件,被选中来建立这个布局安康监测体系。

 

咱们运用根据NI PXI的数据收集体系,源于其杰出的巩固性和细巧的体积,适用于放置在大桥的保护区域中。事实证明,体系在装置结束后成功地战胜了大桥所遇到的湿度、尘埃、轰动和化学腐蚀等各种难题。运用LabVIEW,工程师可以进行重要的实时剖析,一起,可以对大桥上很多的传感器发生的信号进行离线处置。

 

一.硬件体系设置

 

对东海大桥施行监控需求运用超越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,来收集环境鼓励所惹起的频率呼应。一起,大桥还装备了风速仪和压式传感器,以记载频率呼应所对应的环境条件。大桥每一段还设有一个数据收集站,装备NI PXI-4472B动态信号收集卡(DSA)从周围的加速度计收集关联数据。

 

别的,咱们运用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,来处置数据收集的同步问题。

 

在对东海大桥上的体系进行设置时,咱们给每个PXI机箱都装置了一个GPS,运用脉冲每秒(PPS)和IRIG-B守时信号别离进行信号同步和工夫标识。PPS每秒传输一千万脉冲,为每个机箱供给采样基准时钟。这使得收集模块可以在100纳秒的分辨率下对大桥上一切设备的通道完结准确同步采样。

 

二.软件体系设置

 

从大海大桥体系获取原始数据后,咱们需求对其进行剖析和处置,然后为用户供给结尾信息。咱们将数据传输到中间监测中间进行处置器密布离线处置,而PXI控制器则担任进行即时处置作业。

 

1.离线剖析

 

东海大桥体系中首要进行的离线剖析是多通道信号频谱剖析和模态剖析。咱们把这两种核算都放在一个离线区域,这里有许多功能强大的电脑运转LabVIEW,由LabVIEW高档信号处置工具包和LabVIEW体系辨识工具包一起处置数据。

 

由于一般的布局模态剖析运用及丈量呼应的办法关于像东海大桥这样大型的分布式布局是不适用的,所以咱们采用了另一个可操作的模态剖析办法。颠末这种办法,自然环境和车辆行进对大桥所发生的影响力将作为鼓励信号,大桥传感器所收集的信号将作为呼应信号,然后,运用随机子空间辨认(SSI)算法对模态参数进行核算,这种办法运用了只输出体系辨认技能,将在LabVIEW高档信号处置工具包中完结。

 

2.在线剖析

 

为了可以监测大桥的实时布局安康状况,在加速度计收集到数据后,东海大桥体系可以实时地核算出共振频率。由于咱们在收集数据的一起,需求实时并行地对数据进行处置,所以共振频率的核算有必要疾速高效。SSI算法可以完美地进行这些运算,但需求进行太多的实时运算。为了战胜这个艰难,咱们运用了递归随机子空间辨认(RSSI)算法。当数据被收集后,数据的值将被导入算法,以核算新的共振频率。只需颠末一个初始化期间,RSSI算法就能以极快的速度运转,核算实时频率值。

 

3.总结

 

运用NI PXI设备构建的数据收集和处置体系,为东海大桥——世界上最大型的大桥之一,供给完美的监测处置方案。两位从未运用过LabVIEW的工程师,运用LabVIEW软件,连系LabVIEW高档信号处置和LabVIEW体系辨认工具包,只用了三个月的工夫就开发了整套东海大桥监测体系。得益于体系的易用性和NI一流的效劳撑持,只需三位工程师便可完结整座大桥的监测作业,由此将保护本钱控制在最低。

 

借助于准确的GPS同步和工夫标识、NIPXI动态信号收集硬件设备和LabVIEW软件,咱们的团队成功地为东海大桥建立了一个巩固的、模块化、牢靠且低保护的高精度监测体系。

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