NI结构健康检测解决方案2011solution_StructuralHealthMonitoring.pdf

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N AT I O N A L I N ST RU M E N T S
NI结构健康监测解决方案
/shm/zhs
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目录
大桥结构健康监测
东海大桥基于GPS的分布式数据同步采集系统 4
厦门集美大桥结构安全监测系统研究 7

体育馆与建筑物监测
鸟巢和水立方采用NI平台搭建结构健康监测系统 11
米兰梅亚查体育场采用先进的结构监测系统 13

隧道、管道与测井监测
精确测量欧洲英吉利海峡隧道基础设施状况 15
油田测井的数据采集控制系统设计 16
胜利油田原油管道泄漏监测系统 19

地震监测
核电站数字地震监测系统 22
虎门大桥多通道强震动监测报警系统 25

NI结构健康监测平台简介
NI LabVIEW 软件 28
NI PXI 高性能多通道平台 29
pactRIO 嵌入式平台 31
其他嵌入式监控平台 33
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东海大桥基于GPS的分布式数据同步采集系统
作者:詹永麟-上海巨一科技有限公司
挑战解决方案
构建大型分布式数据同步采集系统,该系统分布在近30公里长的东使用GPS PPS时钟同步技术,对分布在桥体各个位置的采集机站进
海大桥上,范围较广,同时大桥处于外海,并担负着连接市区与深行采样时钟同步,每个采集机站都采用NI公司的PXI工控机箱以及
水港枢纽的重任,因此需要对桥梁健康状况进行实时监控,而监测相关的板卡与GPS时钟同步信号接收器相连。在此硬件基础上,通
数据的正确性对于桥梁的评估和研究显得尤为重要。过NI公司LabVIEW平台以及相关软件开发包来设计开发整个同步采
集系统。
产品:
数据采集模块化仪器
pactPCI 声音与振动
“GPS PPS时钟同步技术在适用性,准确性,成本等方面具有相当
优势,并依靠LabVIEW强大的开发平台进行设计,成功的完成了整
个采集系统设计,节约了大量的人力物力成本。”
采集系统自身的环境限制导致设备的分散性,保证各个采集设备之
间数据的同步性,使之分析出来的结果更具有研究和使用价值,并
在一个可控的成本下实现,是摆在设计者面前的难题。相对于其他
2种技术方案:基于短距离低成本的机箱同步技术和基于长距离高
图1. 桥梁健康监测系统的预警监测图
成本的卫星同步技术。GPS PPS是一种集2者优点于一身的时钟同
步技术。不仅能获得和高成本技术相同的效果,并且还能节约大量
成本。做相应的处理得到时钟同步信号和绝对时间戳并发送给PXI采集设
备,采集设备接收处理后的GPS同步信号,达到同步整个分布式
一、分布式实时采集系统概述采集系统。
东海大桥由于身处外海海域,不仅需要经受海水腐蚀、地震台风自这里说的时钟同步有2方面含义:
然灾害、还有各种通行工具对桥梁结构造成缓慢的损害。对桥梁进数据采样频率的同步,包括采样时钟信号的脉冲同步以及相位同步。
行实时监测,为了及时获知桥梁的健康状况,对各种突发时间做出时间轴上的同步,即采样点时间标签的同步。
响应,以及进行必要的养护工作,延长桥梁的使用寿命。监测数据只有2方面都达到同步,才能称为真正的同步采集。
还能进行进一步研究分析,对桥梁的基础研究具有非常大的帮助。
为什么要使用时钟同步技术?由于桥梁属于较为特殊的结构,构造目前除了GPS PPS时钟同步技术方案外,主要还有其他2种时钟同
范围很广,监测点分散在各处,很多监测项目又具有实时性的特步技术方案:
点,例如地震、台风、交通事故等等,对于各部位监测数据需要非
常准确的时间同步,一般的数据采集技术难以达到监测要求,如果 1. 机箱直连时钟同步技术:
不采用时钟同步技术,极有可能造成各个监测点采集数据时间上的主要采用了PXI 6653时钟同步模块的时钟频率共享技术,每个采集
微小误差,不仅造成监测结果的不准确,还严重影响了对桥梁健康设备中都装有PXI 6653时钟同步模块,然后用同轴电缆把各个采集
的研究分析。而通过GPS时钟同步技术完全可以避免这些问题。设备的6653模块相连,以其中一个模块作为主模块,其余的作为从
模块;主模块内部的时钟信号通过同轴电缆同步从模块内部的时钟
二、GPS PPS技术和其他时钟同步技术介绍与比较信号,PXI 4472B都用次信号作为采样时钟。时间戳同步可以采用
如图1所示,整个采集系统分散在桥梁的各个部位。桥梁按照区域网络时间服务器。
划分为若干区段,在主要几个区段中安置着信