引言

　　橋梁的健康監測具有一些特性，譬如：一座橋梁是一個地理上的分布式系統，通常長達幾千米到數十千米;橋梁通常工作于惡劣的環境，并在橋梁工作時采集數據;監測是一個長期過程，也必然是一個遙測過程，而且，由于地理距離和惡劣的環境，最好能夠使現場維護降到最少;監測是一個連續的實時過程，其間有大量數據采集，需要采用智能技術獲取表征信息以根據數據進行評估。這些特性構成了橋梁健康監測系統的開發過程中需要解決的挑戰。

　　橋梁監測系統初探

　　對于一座正常工作的橋梁，所需的監測項基本源于三個類別：環境、維護和事故監測。

　　總而言之，需要監測的主要項目如下：環境監測包括大氣溫度、風速、氯離子的侵蝕、海浪;靜態響應與動態響應的監測包括結構變形、結構壓力等。

　　以連接上海市與洋嶼的東海大橋為例，大橋的測量系統遍布整個橋體。將全長32公里的橋分為幾個部分，每個部分都安置一個信號采集站，站點間距離為幾千米到數十千米。這些分布在指定地點的信號采集站構成了整個數據采集系統。每個站點充當其附近傳感器的主機系統。每個站點的功能特性如下：根據所連接傳感器的類型，進行多種格式的數據采集、信號調理、數據處理與管理和數據傳輸等功能。

　　鑒于所處的惡劣工作環境，這些站點必須耐受(但決不限于)水、濕氣、灰塵、沖擊及特別是由鹽造成的化學腐蝕。而且，工作站點必須具有高堅固性、可靠性和可維護性。

　　除硬件系統以外，遠程配置、管理和傳輸采集數據屬于軟件需求。LabVIEW套件是一組軟件，它通過與NI PXI模塊及包括網絡在內的其它相關硬件的無縫集成并采用恰當的抽象和封裝，實現了高效監測的目的。

　　同步：基于GPS的解決方案

　　實現數據采集系統的主要挑戰之一是同步問題——必須實現廣闊地理范圍內的同步。對此問題的解決方案是采用GPS定時信號。每個站點與一個GPS接收裝置連接。接收裝置接收GPS同步信號，進而發送至站點內的PXI模塊。GPS同步信號用以確保整個分布式系統數據采集的嚴格同步。

　　GPS定時信號

　　GPS系統由每12小時圍繞地球旋轉一周的24個人造衛星組成。其中，每一個人造衛星都擁有一個精度為10-13秒的板上原子時鐘。GPS的人造衛星以1.5GHz的載波頻率連續發送其空間坐標以及時間信息。特別地，該時間信息可用于精確地關聯、觸發和時間標記測量數據。來自GPS接收裝置的典型GPS定時信號有兩種類型。

　　第一種信號類型是PPS，如圖1所示。

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　　圖1 PPS信號

　　圖1中的信號也稱為1 PPS，因為它每秒只輸出一個脈沖。它通常用作采集的觸發信號。PPS類型信號的另一個實例是10M PPS，它每秒產生10M個脈沖。該信號通常用作采樣基頻。

　　第二種信號類型是DC-Level的IRIG-B。IRIG是一種承載絕對時間的編碼晶體管-晶體管邏輯(TTL)信號，每秒重復或再同步。對于IRIG，每幀為1s。圖2所示為IRIG-B標準的一個定時框圖。

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　　圖2 IRIG-B信號

　　每個比特用一個周期為10ms的信號來表示，“0”的高電平持續時間為2ms，“1”的高電平持續時間為5ms，而“P”高電平持續時間為8ms。在1s幀內，P比特將秒和分鐘、分鐘和小時等分隔開。