为及时对桥梁结构状态进行监控与评估,达到为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号,为桥梁维护维修与管理决策提供依据和指导的目的,需要在布设监测仪器基础上,建立相应的自动化采集系统,及时迅速掌握大桥的动态工况,及时发现并分析潜在的问题。桥梁结构健康监测自动化采集系统方案设计遵循如下原则:
1、系统可靠、功能实用、组网合理、维护保养方便。
2、系统应具有开放性:采用国际主流技术和平台,以适应系统的发展,使系统具有良好的纵向和横向的兼容性,为系统集成预留有接口。
3、系统应具有可扩展性:设备可方便地通过添加模块,增加远程端口和本地端口数,为将来系统规模扩大和接入新的分中心提供网络接口。
4、自动监测仪器和系统必须正确反映建筑物的工作性态和不同时期的实时变化情况,仪器及系统性能要求低故障、高可靠性。系统建成后,必须是能够长期稳定运行的实用性系统。
因而,对采集设备的选择遵循:应采用低故障率、高可靠性并经过现场考验的监测系统设备。采用分布式数据采集系统,降低故障率,提高准确性和采集速度,扩展性强。充分考虑防潮、防雷、抗干扰等技术措施,把由于自然、人为因素造成的系统损坏降至最低。采集软件要简单实用,功能强,容易操作,数据库开放,能与第三方数据处理分析管理软件兼容。在高可靠性的基础上选用先进的系统,使建成后的系统达到国内或国际先进水平。
而桥梁结构健康监测自动化采集系统主要有集中式、分布式、混合式三种基本形式。各类型系统特点分述如下:
集中式自动化监测系统,是将现场数据采集自动化,数据运算处理自动化及资料异地传输均集中在专设的终端监测室内进行。布设在各处的传感器经集线箱(或切换装置)与观测室内采集装置相连,通过集线箱切换对传感器进行巡测或选测。集线箱到采集装置之间传输的是电模拟量,抗干扰能力较差,可靠性较低。而且不同的传感器要用不同的集线箱和专用的测量设备。
分布式自动化监测系统,是一种分散采集、集中管理的结构,是将MCU(Measureand and Control Unit)测量控制单元分布在传感器附近,而MCU具有模拟量测量、A/D转换,数据自动存储和与上位机进行数据通讯等功能。每个测控单元可看作是频率、脉冲、电压、电阻等某种测量信号的独立子系统,各个子系统彩集中控制,所有监测数据经总线输入上位计算机集中管理。这种结构的优点是:测控单元就近传感器,缩短了模拟量传输距离,由测控单元传输出去的都是数字量,即使一个子系统发生故障也不会影响整个系统运行。
混合式是介于集中式和分布式之间的一种结构模式。它具有分布式布置的外型,而采用集中方式进行采集的系统。设置在传感器附近的遥控转换箱类似MCU,虽可汇集其周围传感器信号,但不具备MCU的A/D转换和数据存储功能。其传输的模拟信号汇于一条总线中,集中到监控站进行集中测量和A/D转换,然后将数字量送入计算机进行存贮处理。
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