振弦式传感器在结构应力动态测试中的可行性研究

摘要

随着全球化国际贸易的迅速发展，港口在国际货物流通中的作用日益重要，对港口大型装卸机械结构进行监测保证安全生产具有重要的社会意义和经济意义。振弦式传感器因其稳定可靠的特点，被广泛应用于岩土工程的静态监测，本文对振弦传感器在港口机械结构应力动态监测中的可行性展开了研究。
　　 振弦式传感器在结构应力静态测试中有一定应用，但到目前为止在国内外相关文献中，尚未查阅到其在结构应力动态测试中的实际应用。本文在对振弦式传感器的工作原理进行研究的基础上，设计了一套可用于动态测试的振弦式传感器数据采集系统，并结合GPRS远程数据传输理论，实现远程监测。本文的研究内容及主要成果有以下几个方面：
　　 (1)基于振弦式传感器的动态数据采集电路研究和设计；对振弦传感器的激振、拾振电路进行了优化的设计，减少了硬件电路搭建的复杂度。
　　 (2)基于振弦式传感器的上位机数据采集显示软件设计；数据采集显示软件采用VC++面向对象语言编写，应用了模块化软件开发技术，使软件具有操作方便简单，人机界面友好，可扩展性强，健壮稳定易于维护等特点。软件实现了数据通信，数据显示，数据处理等功能，并能对采集到的数据进行多种格式的输出，方便进一步进行数据处理和对比验证。
　　 (3)结构远程监控系统总体设计；结合现代高速发展的GPRS技术，安全性检测技术，搭建了具有广泛适用性的港口机械无线动态监测系统，为港口机械金属结构监测和振弦式传感器在港口机械工程应用中的普及奠定了基础。
　　 (4)设计搭建了一套振弦式传感器数据采集系统，利用此采集系统，并结合目前港口机械应力测试系统“东华DHDA(5923_1394)信号测试分析系统”验证了振弦式传感器所采集信号的完整性和可靠性。通过实验验证，我们初步证实振弦式传感器可以应用于港口机械结构应力动态测试。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外相关研究的发展及现状

1.3.1 振弦传感技术

1.3.2 状态监测技术

1.4 本课题完成的主要工作

第2章 振弦式传感器

2.1 振弦式传感器的分类

2.1.1 连续激励传感器

2.1.2 间歇激励传感器

2.2 振弦式传感器的组成和工作原理

2.2.1 振弦式传感器的结构

2.2.2 振弦式传感器的工作原理

2.3 振弦传感器的数学模型

2.4 振弦式传感器的特性

2.4.1 振弦式传感器的非线性

2.4.2 振弦式传感器的灵敏度

2.4.3 连续型振弦的相、幅频特性

2.4.4 振弦的品质因素Q和幅相频特性的关系

第3章 港口机械远程监控系统总体设计

3.1 系统功能概述

3.2 系统的总体结构

3.3 现场控制系统

3.3.1 数据采集模块的实现

3.3.2 数据处理模块

3.3.3 GPRS通信模块

3.4 数据传输系统

3.5 港口机械远程监控系统组网方式

3.6 监控中心

第4章 数据采集系统硬件的设计与研究

4.1 STC89C52单片机

4.1.1 STC89C52单片机主要特性

4.1.2 STC89C52单片机主要管脚说明

4.2 振弦式传感器激振模块电路

4.2.1 激振脉冲产生电路

4.2.2 有源高通滤波电路

4.2.3 反相比例运算电路

4.2.4 光耦电路

4.3 振弦式传感器拾振模块电路

4.3.1 滤波放大电路

4.3.2 信号整形部分

4.3.3 等精度测频设计

4.4 串口通信电路

4.5 GPRS远程数据传输模块

4.5.1 F2103 GPRS DTU特点

4.5.2 F2103 GPRS DTU硬件系统

4.5.3 F2103 GPRS DTU参数配置

4.6 硬件系统程序设计

第5章 数据采集系统软件设计

5.1 软件的功能介绍

5.2 软件设计的架构

5.2.1 通信模块

5.2.2 数据显示模块

5.2.3 数据处理模块

5.2.4 数据存储模块

第6章 数据采集系统的可靠性验证

6.1 实验仪器和设备

6.2 实验步骤

6.3 数据采集

6.4 实验数据对比分析

6.4.1 数据插值处理

6.4.2.数据相关性分析

6.4.3 结论

第7章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 问题与展望

致谢

参考文献