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基于DSP的管道泄漏相关检测系统的实现杜永兴;秦岭;周李涌【摘要】相关检测作为一种先进有效的管道检漏方法被广泛的应用.基于数字信号处理器(DSP),采用两路串行AD进行数据采集,设计了管道泄漏相关检测系统,使用汇编语言编写了相关算法和检测管道泄漏点的程序.实验结果表明,本系统能正确检测管道泄漏点.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2010(029)003【总页数】3页(P260-262)【关键词】相关检测;管道;数字信号处理器【作者】杜永兴;秦岭;周李涌【作者单位】内蒙古科技大学,信息工程学院,内蒙古,包头,014010;内蒙古科技大学,信息工程学院,内蒙古,包头,014010;内蒙古科技大学,信息工程学院,内蒙古,包头,014010【正文语种】中文【中图分类】TN98随着城市建设的加速,原管道因地面荷载变化和原土层被扰动等而发生断裂,导致管道汇漏,既污染环境,又浪费资源,降低管道的泄漏损耗是一件刻不容缓的工作 .对于管道泄漏检测技术的研究,近年来不断有新的发展,检漏方法也由最初的听漏发展到各式各样的基于现代信号处理和自动化装置的检漏,其中相关检漏法是当前先进、有效的一种检漏方法[1～3].相关技术在信号和系统的分析和综合中占有重要位置,基于相关技术的检测系统也有很多种 .从本质上说,相关检测是基于信号和噪声的统计特性进行检测的,是两个时域信号相似性的一种度量,能从噪声和其他无关信号中找出两部分之间或两个信号之间的函数关系 .近年来随着微电子学、数字信号处理、计算技术的发展,数字信号处理器(DSP)获得了飞速发展 .它可将数字信号处理的理论与算法实时地实现,因而获得了广泛的应用 .两点式管道泄漏检测系统如图 1所示,分别在A点和B点放置 2个声音传感器,A,B 之间的距离为L,X为漏点,A和B距 X的距离分别为LA和LB,传感器A和B接收到的泄漏点 X发出的声信号存在时间延迟,如果设声信号在管道中传播速度发 V,则时间延迟为:那么漏点位置为1.1 信号处理系统采用 TI公司的DSP微处理器 T MSVC5402为核心的信号处理系统 .64 K的程序空间,64 K的数据空间和 64 K的 I/O空间 .存储器扩展地址模式可最大寻址到 1 M×16 bit外部程序空间,4 K×16 bit片上ROM,16 K×16 bit双访问片上 RAM.系统中有复位、电源变换、驱动隔离电路、扩张接口、JTAG接口、利用内部锁相环实现时钟倍频的外部时钟设置电路.1.2 采样系统在DSP的外围电路中,ADC是十分重要的器件它对于整个系统的精度有很大影响 .本设计要完成使用双路 AD实现信号的采集,选用 TI公司的TLV1572.TLV1572是高速串行的 10位A/D转换芯片,最高转换速率为 1.25 MHz.由 C5402的串口McBSP控制转换 .TLV1572转换所得的数字信号从DO端输出,DO端接串口McBSP的数据接收端DR, TLV1572的时钟端 SCLK接串口McBSP的接收时钟端BCLKR,TLV1572的帧频脉冲信号端 FS接McBSP的接收帧频脉冲 FSR.TLV1572可以工作于两种工作方式,本系统为 T MS320DSP的工作方式,它要求在 TLV1572的片选信号CS的下降沿时,FS必须为低电平.1.3 结果显示对 C5402的 IO口进行编程,通过 CPLD (EMP7128SLC84)控制LED显示 .相关函数是一个数学概念,对于两个不同的函数 f1(t)和 f2(t),积分就称为f1(t)和f2(t)的互相关函数,用记号R12(τ)表示,当f1(t)=f2(t)=f(t)时,就称为函数 f(t)的自相关函数,用R(τ)表示,即:相关性分析能从噪声和其它无关信号中找出信号两部分之间或两个信号之间的函数,并根据相关性进行检测和提取 .利用相关函数的统计计算,找出相关函数出现极值所对应的延时量τ1,是相关分析的主要内容 .图 2为程序流程图 .对输入的两路信号进行相关运算后,找出最大值所在的位置τ1,τ1除以采样率,即为延时 D.程序中最重要的是相关运算,并找到R(τ)的最大值τ1.在实验中,输入两路振幅和频率相等,延迟为 5个采样时间的正弦波信号,通过两路A/D,经过滤波,波形如图 3(a),(b)所示,对这两路信号进行互相关检测,同时在 CCS中运行检测程序,得到如图 3(c)的输出波形,并从结果中检测出最大值所在位置为 5,除以采样率,即为延时D,根据式(2)可得漏点位置 .计算结果与实际模型相符 .本文采用两路串行 AD组成的数据采集系统,利用DSP的两路多功能串口和处理乘加计算的卓越能力,设计了管道泄漏相关检测系统,实验表明,此系统能正确检测出管道泄漏点 .【相关文献】[1] 王爱民 .相关分析在管道泄漏技术中的应用[J].合肥工业大学学报,2004,27(9):1063-1065.[2] 周志坤,文玉梅,李平,等 .自来水管道泄漏相关检测定位系统研究[J].仪器仪表学报,2004,25(4):241-244.[3] 刘洋 .基于DSP的管道泄漏相关检测定位系统的基础研究[D].呼和浩特:内蒙古大学,2007.[4] 侯伟,王丽芳 .基于DSP的感应电机变压变频控制系统研究[J].微计算机信息,2005,(1):83-84.[5] HunaidiO,W ing T Chu.Acoustical characteristics of leak signals in plastic water distribution pipes[J].Applied A-coustics,1999,58:235-254.[6] 杨进,文玉梅,李平 .基于声信号的供水管网自适应泄漏检测定位仪器系统 [J].测控技术,2005,24 (10):47-50.。
Lebus卷筒缠绕过程的应力特性实验研究汪戴乾1㊀马剑军2㊀张晓辉1㊀孙远韬1㊀张㊀氢11㊀同济大学机械与能源工程学院2㊀上海振华重工集团(南通)传动机械有限公司㊀㊀摘㊀要:通过设计实验,分析在特定工况下Lebus卷筒在多层缠绕时,特别是在钢丝绳绕绳前4层以及4层以后,卷筒内壁和两侧挡板的应力随着钢丝绳层数增加的变化规律,并与已有理论计算模型的分析结果进行比对,结果表明实验所得结果与理论模型分析所得应力特性一致,给出了改进卷筒设计的思路㊂㊀㊀关键词:Lebus卷筒;应力分析;设计改进;实验研究Experimental Study on the Stress Characteristicsof the Winding Process of Lebus ReelWang Daiqian1㊀Ma Jianjun2㊀Zhang Xiaohui1㊀Sun Yuantao1㊀Zhang Qing11㊀School of Mechanical Engineering,Tongji University2㊀Shanghai Zhenhua heavy industries(Nantong)Transmission Machinery Co.,Ltd.㊀㊀Abstract:Through the design experiment,the change rule of the stress of the inner wall and the baffles on both sides of the Lebus reel with the increase of the number of layers of the wire rope when the reel is wound in multiple layers under the specific working condition are analyzed,especially after the first four layers of the wire pared with the a-nalysis results of the existing theoretical calculation model,the results show that the experimental results are consistent with the stress characteristics of the theoretical model,and the design idea of improving the reel is given.㊀㊀Key words:Lebus reel;stress analysis;design improvement;experimental study1㊀引言随着海洋工程㊁港口运输㊁矿山机械和大型水电站建设等工程的发展,超大扬程的卷筒得到进一步发展㊂面对超大的容绳量,单层缠绕卷筒已不能满足工程的需要,多层缠绕卷筒成为单层缠绕卷筒的替代品㊂多层缠绕卷筒各层钢丝绳之间互相作用,随着缠绕层数的增加,钢丝绳对卷筒的作用力不再是简单的线性增加,相比单层缠绕卷筒,多层缠绕卷筒的受力情况复杂得多㊂只有对卷筒的受力情况进行合理的分析,得到卷筒的应力分布,才能正确地指导卷筒的结构设计㊂目前,已有学者对多层缠绕卷筒的受力情况进行细致的理论分析㊂葛世荣用结构静不定原理建立了多层缠绕卷筒内壁的应力计算模型,并编制了计算程序[1]㊂胡勇以钢丝绳在双折线式卷筒上作多层缠绕时钢丝绳实际排列情况为基础,建立了钢丝绳多层缠绕系数方程,并使用MATLAB开发计算多层缠绕系数及各层钢丝绳张力的软件,对双折线式多层缠绕卷筒的多层缠绕系数及各层钢丝绳张力的影响进行理论分析,认为随着缠绕层数增加,多层缠绕系数趋于稳定[2]㊂王建明采用欧拉公式建立双折线卷筒在钢丝绳拉力变化及钢丝绳卷绕圈数变化的情况下卷筒的动态受力分析模型,认为随着缠绕层数的增加,筒壁压力不会无限制增大[3]㊂颜竞峰研究了缠绕系统中卷筒和钢丝绳的相关参数,推导了卷筒的应力计算公式及钢丝绳在缠绕过程中弯曲应力㊁挤压应力及外载特性,建立了卷筒缠绕过程力学模型,并进行动力学仿真[4]㊂洪浩利用Ansys Workbench软件作为工具,对起重机多层卷绕卷筒进行有限元分析,获得了卷筒内壁和侧板的应力变化规律[5]㊂以上研究表明,多层卷筒随着缠绕层数的增加,外层钢丝绳的缠绕会导致内层钢丝绳张力衰减,钢丝绳作用于卷筒筒壁的应力并非线性无限制地增加,而是趋于稳定的常值㊂为了验证这一规律,通过1港口装卸㊀2020年第2期(总第251期)设计实验,分析在特定的工况下Lebus 卷筒在多层缠绕时,随着钢丝绳层数的增加,卷筒内壁和两侧挡板的应力变化规律,将实验所得结果与基于理论分析的仿真结果进行比对,验证理论模型的正确性,为指导多层缠绕卷筒的结构设计提供科学依据㊂2㊀实验研究试验台主要由驱动装置㊁Lebus 卷筒㊁应力测试仪器等组成㊂其中Lebus 卷筒每层钢丝绳8圈,容9层钢丝绳,卷筒内径530mm,钢丝绳直径⌀28mm(见图1)㊂电机额定转速1460r /min,额定扭矩5098Nm,采用变频调速无极变速,减速器速比12.227㊂通过2个Lebus 卷筒对拉模拟实际工况的带载运转,且通过电机正反转实现一侧卷筒的缠绕或者松绳功能,对应着另外一侧卷筒即为松绳或者缠绕㊂图1㊀Lebus 卷筒工作图根据卷筒的结构和测试要求,测点布置在以下位置㊂(1)卷筒内壁:在卷筒中间截面位置,上下对称布置2个测点,如图2所示测点1和2;卷筒内壁靠近挡板处布置一个测点,如图2所示测点3㊂㊀㊀(2)卷筒挡板:从卷筒绕绳的绳槽根部开始沿着直径方向布置2个测点,如图2所示测点4和5㊂图2㊀应变片布置图3㊀测试过程与结果分析3.1㊀筒体应力与钢丝绳层数关系测试电机以额定转速的4%,额定扭矩的15%运行,驱动减速箱和卷筒旋转,通过钢丝绳张紧作用,使得测试卷筒旋转开始缠绕钢丝绳㊂卷筒筒体沿着轴线方向的应力变化曲线见图3㊂从图中可以看出,筒体应力最大值出现在卷筒中间截面(即1㊁2测点),同时筒体缠绕前4层钢丝绳时,中间截面的应力变化非常明显,在第4层的应力分别为13MPa㊁14.3MPa㊂而在4层以后,中间截面的应力会随着层数的增加而缓慢增大,在第8层的应力达到21MPa 和20.1MPa㊂筒体靠近挡板处的位置(即3测点),在缠绕第2层钢丝绳时,应力有一个明显增大并回落的过程,应力最大为8.9MPa,在4层钢丝绳以后,该处的应力不随层数的增加而变化,稳定在6.8MPa 左右㊂从上述分析可以看出,前4层钢丝绳对卷筒筒体轴线方向的应力影响比较大,之后随着层数增加,1㊁2测点应力增加非常缓慢,3测点应力保持不变㊂图3㊀卷筒收绳时筒体轴线方向应力时程曲线㊀㊀卷筒筒体沿着圆周方向的应力变化曲线见图4,跟轴线方向类似,筒体应力最大值同样出现在卷筒中间截面上(即1㊁2测点),且筒体在缠绕前4层钢丝绳时,3个测点的应力都会同时增加,在4层以2Port Operation㊀2020.No.2(Serial No.251)后之后应力都保持不变,分别稳定在14.8MPa㊁14.6MPa㊁7.6MPa㊂这说明在缠绕4层钢丝绳以后,层数的增加对圆周方向的应力影响较小㊂图4㊀卷筒收绳时筒体圆周方向应力时程曲线3.2㊀挡板应力与钢丝绳层数的关系测试从图5卷筒挡板应力曲线图可以看出,钢丝绳层数对卷筒挡板应力(即4㊁5测点)影响较小,只是随着层数增加应力会缓慢增大,而当钢丝绳缠绕到第5层和第7层时,2个测点的应力都会明显增大,最终稳定在3.7MPa㊁4.2MPa 左右㊂同时也发现5测点的应力要大于4测点的,说明随着层数的增加,挡板所受的应力会缓慢增大,然而挡板应力要远小于筒壁的应力㊂图5㊀卷筒收绳时挡板径向应力时程曲线4㊀卷筒设计改进根据实验所得卷筒应力分析结果的规律,可以针对多层缠绕卷筒的设计获得如下改进思路㊂(1)对于卷筒筒体内壁测点,在绕上前4层钢丝绳时,卷筒内壁应力变化较大,之后随着层数的增大,轴线方向的应力缓慢增大,而圆周方向的应力基本保持不变,这与起重机设计规范的结论相一致㊂可以得出,卷筒在多层缠绕后,卷筒筒壁的等效厚度增加,应力基本保持不变,因此卷筒增加壁厚并没有减小内壁的应力,在设计卷筒时不需要增加筒壁的厚度㊂(2)对于卷筒挡板测点,在绕上前4层钢丝绳时,挡板所受应力很小;挡板的应力在钢丝绳缠绕到第5层和第7层时有一个明显增大,但是应力水平仍较小㊂结果表明,卷筒挡板应力总水平不大且随着钢丝绳缠绕层数的增加而近似线性增加,不需要对挡板进行额外加强㊂因此,可以考虑在卷筒加工中将挡板和卷筒筒壁分开加工,最后加以焊接,以提高制造效率,但需要注意最后进行加工保证高速下的卷筒动平衡㊂5㊀结语通过试验研究,获得了Lebus 多层缠绕卷筒在进行缠绕过程中,筒体和挡板的应力变化与缠绕层数之间的联系㊂随着多层缠绕卷筒的应用日益广泛,研究的成果对卷筒的设计优化具有一定的指导意义,能够进一步推动多层缠绕卷筒的应用㊂参考文献[1]㊀葛世荣,孙玉蓉.多层缠绕卷筒壳载荷计算的静不定方法[J].中国矿业学院学报,1987(2):42-51.[2]㊀胡勇,许学三,胡吉全.基于MATLAB 的双折线式多层缠绕卷筒的受力分析研究[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2015(39):300.[3]㊀王建明,薛运锋,江褀琦.双折线多层缠绕卷筒动态受力分析及结构优化[J].计算机辅助工程,2015(4):39-44.[4]㊀颜竞峰.大型起重机钢丝绳缠绕系统的仿真与分析[D].南京:东南大学2017.[5]㊀洪浩,许志沛,高海涛.基于Ansys Workbench 起重机多层卷绕卷筒结构研究[J].起重运输机械,2012(12):61-64.孙远韬:201804,上海市曹安公路4800号收稿日期:2019-12-12DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2020.02.0013港口装卸㊀2020年第2期(总第251期)。
基于LabVIEW的电磁超声热态金属在线缺陷检测系统杨键刚;吴运新;龚海;李伟;韩雷【摘要】The electromagnetic ultrasonic online detection system based on LabVIEW is developed,which is applied for extreme conditions such as high temperature. The software mainly focuses on the integration of functional mod-ules including the AVG curve for defect quantification under high temperature,the positioning of the ultrasonic sig-nal,the real-time monitoring of temperature and filtering algorithms. The hardware concentrates on the development of the ultrasonic SV waveexcitation/reception transducer with high-temperature-resistant ceramic coils and water circulation system for persistent long-term exposure to high temperature,and configures with RPR-4000 and imped-ance matching network to provide high power. Experiment results show that the modified AVG curve can acquire the defect size precisely,and the system can determine the location of defects by ultrasonic flight time and ultrasonic ve-locity measurement under 500 degrees. In addition,the self-developed electromagnetic acoustic transducer can work continuously for over 2 hours under high temperature.%基于LabVIEW软件开发了针对高温等极端环境下的电磁超声在线缺陷检测系统.软件重点开发集成了高温下判定缺陷当量的AVG曲线、超声波信号的定位、温度实时监控及滤波处理算法等功能模块.硬件主要开发基于自制耐高温陶瓷线圈及水循环冷却系统的可持续长时间接触高温的超声SV波激发/接收传感器,并配置了高功率脉冲RPR-4000主机和阻抗匹配网络为其提供高功率.系统运行试验表明:在500℃高温环境下,软件开发的AVG曲线能够精确地检测出缺陷的当量大小,并可通过超声波飞行时间和超声波测速确定缺陷的位置.另外,自主开发的电磁超声传感器在500℃高温环境下可持续检测达2h以上.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2018(031)005【总页数】7页(P809-814,820)【关键词】电磁超声传感器;LabVIEW;高温检测;AVG曲线【作者】杨键刚;吴运新;龚海;李伟;韩雷【作者单位】中南大学机电工程学院,长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;中南大学机电工程学院,长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;中南大学机电工程学院,长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;中南大学机电工程学院,长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TB552随着科技高速发展,以及载人航天、探月工程、国产大飞机和高速铁路等项目的顺利开展,迫使对材料使用前的性能评判以及在极端工况下材料的使用性能提出了严峻的要求。
基于DSP的旋转机械状态监测系统开发
丁冠亮
【期刊名称】《电子机械工程》
【年(卷),期】2004(20)2
【摘要】根据旋转机械的工况特点,设计了基于DSP技术的实时状态监测系统.介绍了系统的硬件结构,着重讨论了监测软件的开发及其实现中的关键问题.
【总页数】3页(P49-51)
【作者】丁冠亮
【作者单位】东南大学机械工程系,江苏,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.72;TP277
【相关文献】
1.旋转机械在线状态监测与故障诊断系统开发研究 [J], 江恒;王友钊
2.低成本微型旋转机械状态监测系统开发 [J], 贾智州;郭瑜;范亚军
3.旋转机械在线状态监测系统开发 [J], 赵海鸣;卜英勇;夏毅敏
4.基于DSP的旋转机械状态监测系统开发 [J], 丁冠亮;贾民平;许飞云
5.低成本微型旋转机械状态监测系统开发 [J], 贾智州;郭瑜;范亚军
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专利名称：一种基于SH导波的温度应力在线监测系统及其监测方法
专利类型：发明专利
发明人：李法新,陈铭桐
申请号：CN202111543117.0
申请日：20211216
公开号：CN114216583A
公开日：
20220322
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于SH导波的温度应力在线监测系统及其监测方法。
本发明采用水平剪切导波来进行温度应力监测，该种导波对应力的敏感性高，完全非频散的特性有利于高精度的信号时差计算，相比于频散的兰姆波拥有更高的测量精度；剪切型的压电换能器制作方便且体积小，与非接触的电磁超声换能器相比能量转换效率高，信噪比大，能够粘贴到待测试件上，消除了传统的耦合剂的造成测量误差；采用了导波监测和应变电测相结合的方法，消除了粘接方式带来的传播距离变化的影响，进一步提高了测量精度；本发明设计完备，测量精度高，很适合用于实时在线的温度应力监测。
申请人：北京大学
地址：100871 北京市海淀区颐和园路5号
国籍：CN
代理机构：北京万象新悦知识产权代理有限公司
代理人：王岩
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专利名称：应力腐蚀监测系统
专利类型：实用新型专利
发明人：杨洪广,海正银,张建通,韩志博申请号：CN201220706116.3
申请日：20121219
公开号：CN203365261U
公开日：
20131225
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型属于反应堆工程技术领域，公开了一种应力腐蚀监测系统，该系统包括主回路系统、旁路系统、水处理系统，采用热对流的方式使系统中水进行循环。
在该系统中还有电化学监测系统，通过电化学工作站监测样品管在应力腐蚀作用下的电化学信号，并采用绝缘密封头将样品管与系统绝缘，该系统操作简单，结构紧凑，能够实现细长薄壁样品管应力腐蚀的在线监测及水质的在线监测和更换。
申请人：中国原子能科学研究院
地址：102413 北京市房山区275信箱65分箱
国籍：CN
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钢结构应变监测系统的设计黄培【摘要】通过研究有关影响钢结构失稳的因素，设计了一种钢结构应变监测系统。
该系统采用宏晶公司单片机STC 12 LE 5412 AD为主控芯片，利用相应的传感器对钢结构进行应力、温度及其外界的风力数据进行采集，分析对钢结构工程稳定性的影响，及时发出预警信息，并通过MC 35 I无线通信模块传输到上位机软件中。
应用实践表明，该系统可以实时、精确、可靠地对钢结构应变进行监测。
%Through studying factors which influence the instability of steel structure,we design a strain monitoring system for steel structure.The system takes STC 12 LE 5412 AD as main control chip,col-lects the stress,temperature and external wind signal of steel structure with corresponding sensors,then it analyzes the influences on the stability of steel structure work,gives warning information and transfer to upper computer software through wireless communication module MC3 5I.Practice shows that the system can monitor the strain of steel structure in real time,accurately and reliably.【期刊名称】《江苏建筑职业技术学院学报》【年(卷),期】2016(016)001【总页数】4页(P11-14)【关键词】钢结构应变;STC12LE5412AD;无线收发器;中继器;GPRS模块【作者】黄培【作者单位】江苏建筑职业技术学院机电工程学院，江苏徐州 221116【正文语种】中文【中图分类】TP216随着轻质钢结构的普及，结构工程得到了迅速发展.但是对于影响钢结构工程稳定性的各项性能指标检测和监测的研究工作，在国内基本上还处于起步阶段.面对自然界的各种灾害，对钢结构工程各个方面的性能进行可靠的检（监）测至关重要.对钢结构工程的各项性能指标的检测、监测不仅能够保证钢结构工程的安全性及稳定性，还可以促进钢结构工程的结构合理化，从而为社会节省大量的物力、财力和人力资源［1］.本文探讨研究了一种新型的钢结构应变监测系统.该系统可对钢结构应力、温度及其外界的风力情况进行数据动态监测，分析对钢结构工程稳定性的影响，及时发出预警信息，并通过无线通信模块传输到上位机软件进行处理，以达到保障钢结构的安全稳定性的目的.在整个钢结构工程中，影响钢结构的稳定性的因素多种多样，如材料的特性、初弯曲及其对构造安装、制造、运输的影响因素等.按其本质可分为两大类：一类是分支点失稳，另一类是极值点失稳［1］.分支点失稳只有在理想的状况下（即钢结构构件无任何初始缺陷）才有可能出现；极值点失稳则是实际工程设计施工中必须考虑的问题.1.1 材料刚度与失稳之间的关系刚度要求是指结构的杆件应具有足够的抵抗变形的能力.失稳就是稳定性的失效，亦即受力构件丧失了保持其原有的稳定性平衡的能力——主要指构件水平方向的抗弯刚度和竖向的抗压刚度2个方面［2］.钢结构的失稳通过钢结构的刚度的变化而表现出来，杆件或结构刚度的变化将会使得其变形的模态呈现出一定的规律性.1.2 材料的温度与失稳的关系钢材是一种热膨胀系数很大的材料，故由于温度的变化对轴承在拉压状态下发生失稳的影响比较大［2］.钢结构在大气温度变化过程中产生的内力称温度应力，一般来说温度变化对钢结构的影响并不严重，但是对于大型结构或者大跨度的机构的影响是很明显的.温度对其轴压杆的稳定性的影响不可忽视.尤其当杆件较细长时，这种影响更为明显.轴压杆在整个钢结构工程中比较常见，加之当前钢结构工程的层数和跨度一般都比较大，因此必须考虑温度的变化对钢结构失稳的影响.1.3 风力对失稳的影响大风对建筑等工程结构造成破坏的事例每年时有发生.然而，在我国大风天气经常发生的部分地区风荷载设计量偏小，对大风对钢结构稳定性的影响重视程度不足.随着有关钢结构工程抗风性能研究的深入，将为科学有效地降低大风天气对于钢结构工程造成的风险和损失，提高钢结构的稳定性打下坚实的基础.鉴于实际工程中具体监测的需要，以及监测过程中信号数据的传输距离等特点，钢结构应变监测系统的硬件应包括3个部分：采集站、中继器和智能终端.根据具体监测工程的监测采集点不是单一点而是多个不相干的点，以及所应用的无线传输频段、GPRS模块须在线监控的特点，可确定一个钢结构应变监测系统的组成，如图1所示.图中数据采集站通过各个传感器得到有关应力、温度、风力的在线动态数据，并由采集站将数据存储起来，建立关于应力、温度、风力的结构性能状况的数据库，并将所采集的数据发送给单片机，通过无线发送模块将数据传输发送给中继站.中继站将所接受的数字信号通过中继器复制、调整、放大并将信号传输给智能终端.智能终端首先通过PC机将所得的信息与结构无损状态下的信息进行对比、分析，从而对整个钢结构结构健康状态进行实时在线状态评估，并将评估状况通过用户窗口呈现给技术人员.一个应变数据采集基站主要包括5个模块，如图2所示.1）应力检测模块.将待测结构的变形量转化成数据模拟量.并由压频转化芯片将信号的模拟量转化为信号数字量.2）风速检测模块.检测应变采集站周围的风速.3）温度检测模块.检测应变采集基站周围环境温度.4）MCU.将从压频转化芯片、风力检测模块、温度检测模块传来的数字量存储并打包传入无线通信发送模块.5）无线通信发送模块.负责将从MCU传输过来的打包数字量发送到中继站.3.1 应变检测电路的设计贴附于钢结构构件上的电阻应变计在应变力的作用下，阻值发生变化，通过传感器的桥压电路转化为微弱的电压信号.该电压信号需要经过放大、滤波等处理后传入压频转化芯片.信号放大电路如图3所示.由AD 620组成的电桥前置电路是一种典型的仪表放大器应用［2］.当检测信号时，电桥电阻器阻值改变，使电桥失去平衡并且在电桥两端产生一个差分的电压变化.该电桥的信号输出就是这种差分电压，将其直接连接到仪表放大器的输入端.AD 705的作用是电压跟随，OP 07-1是高精度运算放大器，与电阻电容构成有缘低通滤波电路，兼具放大功能［3］.经过图3所示滤波、放大处理过程后，信号通过压频转化芯片RC 4151，将电压信号转化为频率信号接入到定时/计数器0端口.如图4所示.3.2 温度检测电路的设计根据应变系统检测模块功能及其检测模块所处环境安全性的要求，该模块采用DS 18 b 20数字温度传感器（测温范围为-55℃～+125℃，增值为0.5℃），可在同一单线的总线上放置多个DS 18 b 20［4］.从而能够实现对待测结构工程的多点温度检测.温度采集电路如图5所示，DS 18 B 20一脚接地，三脚正5 V，二脚接单片机P1.3端口，同时加上拉电阻.3.3 风速检测电路的设计根据风力检测模块的功能要求及其所处环境，该模块采用HL-FS2脉冲型风速传感器.图6为脉冲传感器的接线图，该传感器将信号输送至单片机定时/计数O端口.3.4 掉电保存电路设计为适应钢结构应变监测系统的组成及其功能等各方面的要求，选用宏晶公司单片机STC 12 LE 5412 AD予以实现.突然断电时，系统需要保存主要是采集站部分采集的数据，该部分选用X 5045存储器储存.当监测系统突然断电，工作电压开始不足6.2 V时，TLP 521（光耦芯片）立即截止并使单片机转为外部中断O模式，在电路中的2个比较大的电容可以向单片机提供足够的工作电压，以保证单片机在外部中断0的模式下向存储器写入采集的数据［5］.图7为采集站的掉电保护电路.3.4 中继站的硬件设计应变监测系统的中继站包括3个部分：无线通信接收模块、中继器、GPRS通信发送模块.中继站的主要功能是通过无线通信接受模块与应变数据采集基站连接，接收上述发送数据并将其输入中继器中，对信号进行复制、调整、放大的一系列处理后，由GPRS通信发送模块将处理后的信号发送至智能终端.无线收发器采用CC 1100收发器模块，该模块不仅价格低而且功耗小，是能够在ISM（工业、医学和科学）下工作的专门为无线应用的超强收发器.中继器采用huaweiWS 320.它能有效解决无线信号衰减，并能有效扩大无线信号覆盖范围、增加传输距离.根据从钢结构应变监测系统的组成、功能无线传输距离各方面的要求，选用西门子公司推出的新一代无线通信MC 35I块.该模块可以在3.3～4.8 V之间正常工作，并且具有900 M Hz和1 800 M Hz 2个可以正常工作频段［6］. 钢结构应变监测系统所运行的环境往往较差，为了保证监控系统的稳定性和可靠性，可对其实现远程监控.为此，将系统的监控方案设计为由PC机和单片机组成的主从式监控系统.其中PC机为管理级，单片机为控制级.该系统由PC机、单片机控制主板、单片机控制面板以及传感器等组成.软件部分与监测系统的硬件部分设计相对应，分别进行了采集站、中继站及其智能终端的软件设计.在探讨影响钢结构失稳因素的基础上，采用STC 12 LE 5412 AD构建了有关钢结构应变监测系统的硬件框架.在智能终端，GPRS模块天线接收从中继站发送过来的信号，并通过RS 232串口将其传入PC机.监控人员只需要通过PC机即可对钢结构情况进行监控和管理，简单实用.本系统与传统的应变监控系统相比，具有实时、精确、方便、可靠等优点.【相关文献】［1］尚盈.基于无线传感网络的大型结构健康监测系统［J］.数据采集与处理，2009，2（1）：6-7.［2］段曙光.动应变测量系统在机械振动信号检测中的应用［J］.机械设计与制造，2005，11（6）：6-7.［3］马汀.既有建筑钢结构健康检测与监测框架体系的研究［D］.上海：同济大学，2007：26-27.［4］王春生，冯亚成.正交异性钢桥面板的疲劳研究综述［J］.钢结构，2009（9）：32-33. ［5］徐海鹰，陈开利，王戒躁.复杂焊接结构的疲劳问题探讨［J］.钢结构，2007（4）：11. ［6］黄宁.大型结构件的疲劳寿命预测方法研究［D］.长沙：中南大学，2013：61-62.。
