[实用新型]用于钢筋混凝土桥梁耐久性监测的无线传感器网络节点

说明书

技术领域

本实用新型涉及钢筋混凝土桥梁耐久性监测领域,尤其涉及一种用于组建面向钢筋混凝土桥梁耐久性监测的无线传感器网络的网络节点。 

背景技术

钢筋混凝土桥梁是线路的咽喉要道和交通枢纽,在国民经济建设中起着举足重轻的作用。长期以来，我国在桥梁工程建设中，偏重考虑结构的安全性和使用性能，对复杂多变的环境作用造成的材料和结构耐久性损伤认识不足，造成许多桥梁结构性能提前劣化以及使用功能和承载能力下降,尽管在设计和建造阶段采用了各种措施保证工程质量,但随着时间推移,桥梁结构在自然环境作用（大气腐蚀、温度、湿度变化）和使用环境作用（荷载作用大小和频率的增加,材料与结构的疲劳）下,逐渐发生损伤和缺陷,导致结构承载能力和耐久性的降低。忽视钢筋混凝土的耐久性问题，造成在老化阶段的维修加固中付出超出人们想象的高昂费用。美国标准局1998年调查表明，美国全年钢筋混凝土桥梁修复费用为1550亿美元，占全年各种腐蚀损失费用的62%。我国地域辽阔,气候环境复杂，各地区都存在对混凝土结构有腐蚀作用的因素，钢筋混凝土桥梁结构耐久性破环已经逐渐显现。如果能较早地对钢筋混凝土桥梁进行耐久性监测评估，并及时采取相应的措施，不仅会大大地减少安全事故的发生，以及挽救经济损失，而且还能降低正常使用的维护费用。 

传统的桥梁健康检测采用人工巡视分析桥梁整体状况，采用相应设备对桥梁关键部位检测的方法，耗费了大量人力物力且往往带有强烈的主观性，监测精度不高，监测实时性差，对桥梁运行状况评价十分粗略，无法对桥梁 结构作出相应的、切实可行的处理措施。随后产生的有线布网方式桥梁监测系统则存在着成本高，对已建成桥梁改造困难等诸多问题。而且监测系统主要是考虑荷载作用下结构承载力安全性与使用性的要求，对反映结构变化的参数的自动监测，较少考虑结构长期使用过程中由于环境作用引起材料性能劣化对桥梁安全性与耐久性的影响。 

无线传感器网络作为一项新型的技术，是由部署在监测区域内的大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息并发送给观察者。它的出现产生了一种全新的信息获取和处理模式，结合不同类型的传感器，凭借低功耗、自组织多跳、实时性、耗资小、安装方便、维护和更新费用低等优势已经逐步代替传统的人工、有线检测，广泛应用于钢筋混凝土桥梁耐久性监测领域。 

发明内容

针对传统桥梁监测技术手段落后、实时性较差、成本过高、监测范围有限、评价粗略，主要针对结构构件的内力和变形等参数进行监控，未考虑耐久性逐渐下降对桥梁安全性的影响这一情况，本实用新型的目的在于，提供一种用于组建面向钢筋混凝土桥梁耐久性监测的无线传感器网络的网络节点。扩展不同类型的耐久性传感器接口，提高系统的通用性；在较大的区域内对分散的多个耐久性目标同时监测；采用嵌入式TinyOS操作系统并通过休眠机制实现节能控制；节点顶部的太阳能电池板可对节点内部的锂电池充电，解决了野外部署的供电问题。 

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：  

一种用于组建面向钢筋混凝土桥梁耐久性监测的无线传感器网络的网络节点，其特征在于，包括在桥体各关键部位装设的传感器，无线处理器和太阳能供电模块；其中： 

所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、中性化深度传感器、离子渗透传感器、pH值传感器和冻融损伤深度传感器，并在上述各传感器上配置有与无线处理器进行通讯的无线监测节点； 

所述的无线处理器由内嵌的8051微处理器和2.4GHz直接序列扩频射频收发器的CC2430芯片和天线组成，无线处理器模块上连接有信号调理模块、时钟模块，并由太阳能供电模块供电，用于实现设备控制、任务调度和管理，同时运行传感器和MESH网络协议栈。 

本实用新型的其它特点是： 

所述各传感器的输出信号通过由LMV328组成的放大滤波单元连接到由ADC0832组成的A/D转换模块。 

所述太阳能供电模块由太阳能电池板、充电控制电路、锂电池、节点电压检测电路、供电管理电路、开关电路、DC-DC转换电路、节点负载组成。 

所述无线监测节点采用嵌入式TinyOS操作系统调用休眠机制实现节能控制。 

本实用新型的用于钢筋混凝土桥梁耐久性监测的无线传感器网络节点，带来的技术效果体现在： 

1、TinyOS嵌入式系统实现节点能量管理