運(yùn)用PXI總線采集卡和LabVIEW編程進(jìn)行大橋整體康健檢測(cè)

東海大橋作為中國(guó)首座跨海大橋，耗資14億美元，于2004年完結(jié)通車。六車道的大橋?qū)⑸虾Ｅc洋山島連在了一同，大橋全長(zhǎng)33.5千米，并描繪成S形以避開(kāi)臺(tái)風(fēng)和波浪區(qū)，以包管車輛安全行進(jìn)。

咱們建立了一個(gè)布局安康監(jiān)測(cè)(SHM)體系，它可以供給很多的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)大橋損壞和退化程度、布局功能情況、關(guān)于突發(fā)性災(zāi)禍的反響。運(yùn)用這些數(shù)據(jù)可以對(duì)橋梁的描繪和締造技能進(jìn)行研究。上海巨一科技發(fā)展有限公司(JUST ONE Technology)運(yùn)用根據(jù)NI PXI的數(shù)據(jù)收集(DAQ)體系和NI LabVIEW軟件，被選中來(lái)建立這個(gè)布局安康監(jiān)測(cè)體系。

咱們運(yùn)用根據(jù)NI PXI的數(shù)據(jù)收集體系，源于其杰出的鞏固性和細(xì)巧的體積，適用于放置在大橋的保護(hù)區(qū)域中。事實(shí)證明，體系在裝置結(jié)束后成功地戰(zhàn)勝了大橋所遇到的濕度、塵埃、轟動(dòng)和化學(xué)腐蝕等各種難題。運(yùn)用LabVIEW，工程師可以進(jìn)行重要的實(shí)時(shí)剖析，一起，可以對(duì)大橋上很多的傳感器發(fā)生的信號(hào)進(jìn)行離線處置。

一.硬件體系設(shè)置

對(duì)東海大橋施行監(jiān)控需求運(yùn)用超越500個(gè)傳感器，在大橋每段都放置了加速度計(jì)和FBG光學(xué)傳感器，來(lái)收集環(huán)境鼓勵(lì)所惹起的頻率呼應(yīng)。一起，大橋還裝備了風(fēng)速儀和壓式傳感器，以記載頻率呼應(yīng)所對(duì)應(yīng)的環(huán)境條件。大橋每一段還設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)收集站，裝備NI PXI-4472B動(dòng)態(tài)信號(hào)收集卡(DSA)從周圍的加速度計(jì)收集關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

別的，咱們運(yùn)用NI PXI-6652同步模塊和NI PXI-6602計(jì)數(shù)器模塊，以及NI PXI-8187機(jī)箱控制器，來(lái)處置數(shù)據(jù)收集的同步問(wèn)題。

在對(duì)東海大橋上的體系進(jìn)行設(shè)置時(shí)，咱們給每個(gè)PXI機(jī)箱都裝置了一個(gè)GPS，運(yùn)用脈沖每秒(PPS)和IRIG-B守時(shí)信號(hào)別離進(jìn)行信號(hào)同步和工夫標(biāo)識(shí)。PPS每秒傳輸一千萬(wàn)脈沖，為每個(gè)機(jī)箱供給采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘。這使得收集模塊可以在100納秒的分辨率下對(duì)大橋上一切設(shè)備的通道完結(jié)準(zhǔn)確同步采樣。

二．軟件體系設(shè)置

從大海大橋體系獲取原始數(shù)據(jù)后，咱們需求對(duì)其進(jìn)行剖析和處置，然后為用戶供給結(jié)尾信息。咱們將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街虚g監(jiān)測(cè)中間進(jìn)行處置器密布離線處置，而PXI控制器則擔(dān)任進(jìn)行即時(shí)處置作業(yè)。

1.離線剖析

東海大橋體系中首要進(jìn)行的離線剖析是多通道信號(hào)頻譜剖析和模態(tài)剖析。咱們把這兩種核算都放在一個(gè)離線區(qū)域，這里有許多功能強(qiáng)大的電腦運(yùn)轉(zhuǎn)LabVIEW，由LabVIEW高檔信號(hào)處置工具包和LabVIEW體系辨識(shí)工具包一起處置數(shù)據(jù)。

由于一般的布局模態(tài)剖析運(yùn)用及丈量呼應(yīng)的辦法關(guān)于像東海大橋這樣大型的分布式布局是不適用的，所以咱們采用了另一個(gè)可操作的模態(tài)剖析辦法。顛末這種辦法，自然環(huán)境和車輛行進(jìn)對(duì)大橋所發(fā)生的影響力將作為鼓勵(lì)信號(hào)，大橋傳感器所收集的信號(hào)將作為呼應(yīng)信號(hào)，然后，運(yùn)用隨機(jī)子空間辨認(rèn)(SSI)算法對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行核算，這種辦法運(yùn)用了只輸出體系辨認(rèn)技能，將在LabVIEW高檔信號(hào)處置工具包中完結(jié)。

2.在線剖析

為了可以監(jiān)測(cè)大橋的實(shí)時(shí)布局安康狀況，在加速度計(jì)收集到數(shù)據(jù)后，東海大橋體系可以實(shí)時(shí)地核算出共振頻率。由于咱們?cè)谑占瘮?shù)據(jù)的一起，需求實(shí)時(shí)并行地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處置，所以共振頻率的核算有必要疾速高效。SSI算法可以完美地進(jìn)行這些運(yùn)算，但需求進(jìn)行太多的實(shí)時(shí)運(yùn)算。為了戰(zhàn)勝這個(gè)艱難，咱們運(yùn)用了遞歸隨機(jī)子空間辨認(rèn)(RSSI)算法。當(dāng)數(shù)據(jù)被收集后，數(shù)據(jù)的值將被導(dǎo)入算法，以核算新的共振頻率。只需顛末一個(gè)初始化期間，RSSI算法就能以極快的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，核算實(shí)時(shí)頻率值。

3.總結(jié)

運(yùn)用NI PXI設(shè)備構(gòu)建的數(shù)據(jù)收集和處置體系，為東海大橋——世界上最大型的大橋之一，供給完美的監(jiān)測(cè)處置方案。兩位從未運(yùn)用過(guò)LabVIEW的工程師，運(yùn)用LabVIEW軟件，連系LabVIEW高檔信號(hào)處置和LabVIEW體系辨認(rèn)工具包，只用了三個(gè)月的工夫就開(kāi)發(fā)了整套東海大橋監(jiān)測(cè)體系。得益于體系的易用性和NI一流的效勞撐持，只需三位工程師便可完結(jié)整座大橋的監(jiān)測(cè)作業(yè)，由此將保護(hù)本錢控制在最低。

借助于準(zhǔn)確的GPS同步和工夫標(biāo)識(shí)、NIPXI動(dòng)態(tài)信號(hào)收集硬件設(shè)備和LabVIEW軟件，咱們的團(tuán)隊(duì)成功地為東海大橋建立了一個(gè)鞏固的、模塊化、牢靠且低保護(hù)的高精度監(jiān)測(cè)體系