基于PXI和SCXI的多传感器桥梁远程监测系统

　　一、引言

　　桥梁建设是一个国家民用基础设施中不可缺少的组成部分，在经济建设中发挥重要作用。在桥梁的使用过程中，由于菏载作用(尤其是交变菏载)、疲劳效应、腐蚀效应、材料老化和突发事故(如撞击、地震)等不利因素的影响，桥梁结构不可避免地出现结构损坏和损伤积累，严重的甚至会导致突然倒塌。为了避免事故地发生，对桥梁进行监测是十分有必要的。

　　近年来，在新兴的虚拟仪器技术的支持下，各类桥梁监测系统发展迅速，在实际桥梁监测中收到了较好的效果。为了进一步研究多传感器的虚拟桥梁监测方法，本人利用实验室已有的设备，搭建一个基于PXI 和SCXI 的多传感器桥梁远程监测系统，并通过对模型桥的监测评估了该系统的各项性能。

图1

　　二、监测系统实现原理

　　本桥梁检测系统的基本原理是：利用SCXI模块的强大信号调理功能，连接多路传感器，并实现传感器信号的前置调理，然后将信号送入PXI模块。PXI在LabVIEW的支持下完成数据的观察，记录，初步分析及远程传送等功能。其基本原理如图1 所示。

图2

　　图中：桥面上的长方片代表应变片，桥面及桥下的短圆柱体代表磁电式检波器，桥下的长条圆柱体代表涡流传感器(包括支架)

　　三、系统硬件设计与实现

　　本系统用到热电偶1 个(检测环境温度)，应变片3 对(测量模型桥应变情况)，涡流传感器1 个(测量模型桥挠度变化)，磁电式检波器6 个(测量模型桥速度变化情况)。

　　利用SCXI-1000、SCXI-1321、SCXI-1121、SCXI-1300 和SCXI-1102B 来实现对传感器输出信号的前置调理工作。

　　本监测系统一个突出的特点就是同时使用了不同种类的11 个传感器进行数据采集。这一功能的实现，得益于SCXI 模块强大的信号调理能力，例如：多路信号同时输入、对多路信号分别进行隔离放大和滤波、为应变片提供桥路和激励电压等，这是本系统硬件部分顺利达到预期目的的关键。

　　四、系统软件设计与实现

　　软件界面如图3所示。

图3 虚拟桥梁监测系统界面

　　本次设计的程序可分为7 个模块：数据记录模块、数据分析模块、远程数据传送和共享模块。其主要功能是：在用户设定采样频率后，采集11 路传感器的信号，并分别进行显示。同时，用户及其他部分可使用手动或自动方式，根据需要记录相关数据。其中，自动记录以速度信号触发( 阈值由用户设定)，并可记录触发信号前1000 个数据点。另外，用户还可根据需要向异地用户传输数据(使用DataSocket 方法)。用户也可以随时将已记录数据提取出来观察、分析。