CN102128725A - 用于大跨度空间结构健康监测与安全预警的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于大跨度空间结构健康监测与安全预警的方法，包括以下内容：步骤一：大跨度空间结构健康监测与预警系统的等级的确定；步骤二：传感器选型与布设；步骤三：数据采集与传输系统；步骤四：系统的集成；步骤五：监控中心建设。本发明可有效正确地获取大跨度空间结构响应与环境荷载信息，根据上述信息可实时监测大跨度空间结构的健康状况并对大跨度空间结构的安全状况进行预警。

Description

用于大跨度空间结构健康监测与安全预警的方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术，具体说就是一种用于大跨度空间结构健康监测与安全预警的技术。

背景技术

重大工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年，在环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应等灾害因素的共同作用下将不可避免地导致结构系统的损伤积累和抗力衰减，极端情况下可能引发灾难性的突发事故。随着对工程结构的安全性、耐久性及正常使用功能的日益关注，人们希望能够在结构的服役期，即使出现一些如地震、台风、爆炸等灾害性事故后，也能充分了解结构的健康状况，以决定是否需要对结构进行维修和养护，以及何时进行维修和养护。近年来，为适应我国经济和社会发展的需求，我国已经规划并正在建造一大批大型场馆，建设的规模之大、投资之高均是我国历史上前所未有的。由于大型场馆特别重大的社会意义和影响，加之大型场馆体量大、个性显著、结构复杂、新材料和新技术的应用经验少、许多技术为世界之最或首次应用，因此，如何进一步采取有效措施保证大型场馆的安全性是一个特别值得关注和迫切需要解决的问题。

近年来，随着智能材料与结构以及信息科学的发展，结构健康监测与安全预警技术得到了越来越广泛的研究与应用。结构健康监测与安全预警技术通过监测结构关键构件和关键位置的反应，推断结构的健康与安全状况，并及时进行预警，从而保障结构的服役安全，避免重大事故的发生，是土木工程领域的前沿技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决大跨度空间结构的安全评价问题的用于大跨度空间结构健康监测与安全预警的技术。

本发明的目的是这样实现的：包括以下内容：

步骤一：大跨度空间结构健康监测与预警系统的等级的确定

根据大跨度空间结构的投资规律、重要性、结构的复杂程度和易损性，确定大跨度空间结构健康监测与预警系统的等级划分级别，其中大跨度空间结构健康监测与预警系统等级分为三级，其中一级监测内容全、系统硬软件先进、系统自动化、实时性、集成化和网络化程度高、在线实时监测；二级系统监测内容较全、系统软硬件先进、系统定期连续监测、自动化程度较高、数据管理系统网络化运行；三级的检测内容、检测系统软硬件、检测制度等符合国家建筑结构维护的的相应要求；监测内容为大跨度空间结构的关键构件的应变、振动、位移和环境风荷载；

步骤二：传感器选型与布设

建立大跨度空间结构精细化有限元模型，对该结构在不利工况下的受力进行计算分析，尤其是考虑了风和积雪荷载联合作用下，结构的受力情况；在此基础上，确定了传感器的布设类型、数量及位置，在屋盖和墙面上供设计并安装光纤光栅应变和温度传感器，加速度传感器；风压传感器，三维超声风速仪，激光位移传感器；

加速度传感器包括：单轴、双轴和三轴传感器，可实现同步监控空间三维方向上的结构振动，通过这些传感器可采集到大跨度空间结构在日常环境激励、地震激励及人为激励下的振动信号，为结构的安全评估提供更多的信息来源；

风压传感器用于监控大跨度空间结构的表面的风压大小及分布状况，为结构的安全评定提供必要的直接作用荷载信息；

三维超声波风速仪，可实现空间三维方向的风荷载监测即风速、风向和风攻角，通过数据的分析可获得顺风向、横风向、竖风向的平均风速、平均风向、功率谱密度、湍流强度、湍流积分尺度和阵风因子信息，以此来评价建筑物周围风荷载的特性，将此与风压传感器联合使用更可获得结构在不同风速、不同风向、不同风攻角风荷载作用下的大跨度空间空间结构表面风压分布状况，为结构提供更加全面的风荷载作用信息；

激光位移传感器采用非接触式激光位移传感器监测其振动，；

步骤三：数据采集与传输系统

根据步骤一和二的系统监测等级和传感器类型，选用基于个人计算机的数据采集系统，其标准和结构均公开，具有良好的开放性，适用于大跨度空间结构健康监测与安全预警，数据采集硬件接口方式采用PCI数据采集卡；根据结构应变变化率确定其采样频率为1S/m、根据结构振动频率确定加速度传感器采样率为500S/s，根据传感器数量确定数据采集硬件通道数为64通道，精度为16位，量程范围为-10V～+10V；并由此确定数据采集系统硬件分别包括光纤光栅解调仪和NI DAQ高精度高分辨率数据采集卡，

数据采集软件系统包括：选择Windows系列操作系统，设备驱动软件，由数据采集硬件厂商提供，并与相应的硬件系统所匹；数据采集应用软件开发平台选用Visual C++和LabVIEW开发；各类传感器采集软件包括光纤光栅采集存储程序和结构振动实时监测软件；

数据传输需保证传感器信号进入数据采集系统或计算机之前损耗小，所受干扰小，失真小，传输时间短；在保证以上要求的前提下，尽量使布线短，所遭受破坏的可能性小；同时还需要满足经济合理的要求，包括光纤光栅类传感器的光信号直接采用有线光缆传输；小于1000m的电信号传输采用多芯屏蔽电缆RVVP 2x2.5传输；

步骤四：系统集成

结构健康监测与安全预警系统由传感器子系统，数据采集与传输子系统，数据管理子系统和信号处理子系统组成，传感器子系统负责将结构响应转换为模拟信号，数据采集与传输子系统负责将模拟信号数字化并传输至计算机，数据管理子系统负责组织、存储海量采集数据，信号处理子系统负责解释采集到的结构响应与环境数据，传感器子系统主要由传感器硬件组成、数据采集与传输子系统主要由数据采集与传输硬件与数据采集软件组成，数据管理子系统主要由主要为数据库软件实现，信号处理子系统还包括损伤识别子系统、模型修正子系统和安全评定子系统，信号处理子系统主要由专业分析软件系统实现，健康监测系统的监测信息与分析结果均需要存入数据管理子系统的数据库中，所有子系统均从数据库中读取和调用数据，因此，将数据库称为健康监测系统的“数据中心”；本系统的核心软件为LabVIEW，其它的软件有计算分析软件Matlab、结构分析软件Ansys和数据库系统软件，所有软件的运行和调用通过LabVIEW完成，LabVIEW使用ActiveX技术来调用MATLAB脚本程序，在MATLABScript节点中编辑MATLAB程序，并在LabVIEW环境下运行；通过以上方法，实现现场数据的实时在线分析，调用Matlab的触发机制采用设定阈值进行触发，当某种类型传感器信号值与事先设定的阈值比较后如果为真，即调用Matlab进行模态和损伤识别分析，LabVIEW可以调用系统中任何路径的可执行文件，采用该种方法实现对Ansys的调用，这种情况下Ansys的分析方法为采用批处理式分析方法执行命令流文件，并且可将指定单元构件的某项力学指标直接写入文本文件中，供其他程序调用查询，LabVIEW与数据库之间LabVIEW的ActiveX功能，调用Microsoft ADO控件，利用SQL语言访问数据库并将所有数据实时存入中心数据库中，Matlab与数据库之间的通讯采用Matlab的Database Toolbox工具箱；

步骤五：监控中心建设

所有传感器安装完毕，为了获得高质量信号，所有类型的传感器的线路经由不同的电缆及光缆桥架进入中央控制室，并在控制室汇总并分类，电缆全部采用多芯静电屏蔽电缆以降低周围环境电磁干扰的影响，所有采集设备被安装在机柜内，可进一步增强静电屏蔽效应，地板采用防静电地板。

本发明用于大跨度空间结构健康监测与安全预警，采用本发明可有效正确地获取大跨度空间结构响应与环境荷载信息，根据上述信息可实时监测大跨度空间结构的健康状况并对大跨度空间结构的安全状况进行预警。

附图说明

图1光栅光纤类传感器位置分布图；

图2加速度传感器布设图；

图3风压传感器布设位置分布图；

图4风速仪和激光位移传感器布设位置；

图5健康监测系统各子系统之间的关系与流程图；

其中1、光栅光纤类传感器，2、加速度传感器，3、风压传感器，4、风速仪，5、激光位移传感器，6、传感器子系统，7、数据采集与传输子系统，8、数据管理子系统、9、信号处理子系统，10、损伤识别子系统，11、模型修正子系统，12、安全评定子系统。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

实施例1：本发明为解决大跨度空间结构的安全评价问题采取的技术方案是按照以下的步骤实现的：

步骤一：首先依据结构的投资规律、重要性、结构的复杂程度和易损性等，确定大跨度空间结构健康监测与预警系统的等级划分，确定对应每一等级的监测与预警系统的监测内容和功能，给出监测与预警系统的设计总则。

根据监测系统等级、监测内容、功能、性价比、量程、结构监测变量的静动力特征，确定大跨度空间结构健康监测与预警系统的硬件和软件选择原则、指标和性能要求。

步骤二：采用前述方法，结合经济性原则，确定大跨度空间结构健康监测与预警系统的传感器测点位置和数量；设计集中式数据采集系统；根据现场条件以及数据传输距离和速度的要求，设计数据有线和无线传输方案的确定原则及系统；结合目前结构安全评价技术的发展状况，设计在线和离线结合的结构安全评价系统和结构安全预警系统；结合电器设备的运行环境要求，设计监控中心。设计大跨度空间结构健康监测与预警系统的可维护、可更换、可升级方法，以及人员培训方案，给出人员培训教案的编制原则。

步骤三：针对大跨度空间结构健康监测常涉及到的电学物理量和光学物理量(光纤类传感器)，分别采用LabVIEW和VC++编制大规模多种类数据同步采集软件；针对现场有线和无线传输、中程无线传输和远程Internet传输方案，采用LabVIEW，编制开发数据传输软件；为减轻存储量及对硬件设备的要求，根据结构自振频率、结构不利荷载时段，分别采用时段法和阈值法确定结构静动态数据采集与存储策略，研究开发地震和强风及大雪以及其他突发事件时的数据自动缓存技术；对采集的数据，通过与对称位置和不同时段采集的数据的比较，以及数据的特征分析等，研究异常数据判断与自动剔除技术。

步骤三：分别采用Matlab和VC++研究开发基于本课题提出的结构模态识别软件、结构损伤识别方法的软件、模型修正软件、监测数据统计分析软件、结构安全评定和可靠度评定软件和结构安全预警软件，形成结构健康监测软件包；分别开发基于Web的SQL Server和Oracle网络数据库；开发上述软件之间的无缝接口技术和软件与硬件集成技术；开发基于Internet和Intranet的远程网络运行和控制技术、监测数据分析和评价结果可视化技术、自动安全预警软硬件集成技术。

实施例3：结合图1～图5，实现本发明目的之具体实例如下：

以国家游泳中心(水立方)为例，

步骤一：水立方结构健康监测与预警系统的等级的确定

根据结构的投资规律、重要性、结构的复杂程度和易损性等，确定水立方结构健康监测与预警系统的等级划分为一级，即监测内容全面、系统硬软件先进、系统自动化、实时性、集成化和网络化程度高、在线实时监测。监测内容为关键构件的应变、振动、位移、环境风荷载等。

步骤二：传感器选型与布设

建立国家游泳中心精细化有限元模型，对该结构在100余种最不利工况下的受力进行计算分析，尤其是考虑了风和积雪荷载联合作用下，结构的受力情况；进一步建立了包括ETFE膜在内的流固耦合模型，并进行了数值模拟分析，得到了ETFE膜结构上的风压分布特点；在此基础上，确定了传感器的布设类型、数量及位置，在屋盖和墙面上供设计并安装了260个光纤光栅应变和温度传感器，26个加速度传感器；26个风压传感器，1个三维超声风速仪，2个激光位移传感器；其中光栅光纤类传感器位置分布图如图1所示。

加速度传感器个数总计为26只，分布在结构屋盖下弦的18个点位上，传感器分为：单轴、双轴和三轴传感器，可实现同步监控空间三维方向上的结构振动，通过这些传感器可采集到结构在日常环境激励(风、地球脉动)、地震激励及人为激励下的振动信号，为结构的安全评估提供更多的信息来源。加速度传感器布设分布图如图2所示。

风压传感器个数总计为26只，主要布设在钢结构屋盖的上表面，用于监控结构屋盖表面的风压大小及分布状况，为结构的安全评定提供必要的直接作用荷载信息。风压传感器布设位置分布图如图3所示。

为了能够获得更加全面的建筑物周围风荷载信息，在结构屋盖顶部西北角处设立了三维超声波风速仪，可实现空间三维方向的风荷载监测(风速、风向和风攻角)，通过数据的分析可获得顺风向、横风向、竖风向的平均风速、平均风向、功率谱密度、湍流强度、湍流积分尺度、阵风因子等信息，以此来评价建筑物周围风荷载的特性，将此与风压传感器联合使用更可获得结构在不同风速、不同风向、不同风攻角风荷载作用下的屋盖表面风压分布状况，为结构提供更加全面的风荷载作用信息。风速仪布设位置如图4所示。

考虑到结构表面的覆盖物为ETFE充气膜结构，因此，存在着风与膜结构之间的流固耦合作用，该流固耦合作用主要体现在两方面：一方面，耦合效应会对结构产生不利的影响，主要体现在会增大结构的质量(附加质量)，从而降低了结构的刚度；另一方面，耦合效应也同时会增大结构的阻尼(气动阻尼)，当阻尼为正时，结构的耗能能力增加，会一定程度的降低结构的动力响应，这是有利的一面，但当阻尼为负时，结构会不断从外界吸收风荷载所携带的能量，结构的动力响应会不断被放大，当风速达到临界风速时，结构的安全性会大幅降低。鉴于以上原因，本项目在结构屋盖的上方临时设立了一膜结构振动监测站，对膜结构的振动、ETFE气枕表面风压及环境风速进行了联合监测，获得了大量的、宝贵的数据，通过数据的分析更可定性及定量的给出不同风速、不同气枕表面风压及不同环境温度下的气枕动力响应状况，更可从数据中提取出膜结构气枕在不同风环境作用下的振动频率、气动阻尼和附加质量，对于充分了解膜结构的动力特性和流固耦合作用效应提供了必要的信息支持。激光位移传感器布设位置如图4所示。

步骤三：数据采集与传输系统

根据步骤一和二的系统监测等级和传感器类型，选用基于个人计算机的数据采集系统，其标准、结构等均公开，具有良好的开放性，适用于大跨度空间结构健康监测与安全预警。数据采集硬件接口方式采用PCI数据采集卡；根据结构应变变化率确定其采样频率为1S/m、根据结构振动频率确定加速度传感器采样率为500S/s，根据传感器数量确定数据采集硬件通道数为64通道，精度为16位，量程范围为-10V～+10V；并由此确定数据采集系统硬件分别包括光纤光栅解调仪和NI DAQ高精度高分辨率数据采集卡。

数据采集软件系统包括：操作系统，选择Windows系列操作系统，其具有较好的安全性、可靠性、可用性；设备驱动软件，由数据采集硬件厂商提供，并与相应的硬件系统所匹配。数据采集硬件厂商提供的设备驱动软件可将相应的数据采集硬件功能发挥至最大；数据采集应用软件开发平台选用Visual C++和LabVIEW开发；

数据传输需保证传感器信号进入数据采集系统或计算机之前损耗最小，所受干扰最小，失真最小，传输时间最短；在保证以上要求的前提下，尽量使布线最短、最优，所遭受破坏的可能性最小；另外，也需要满足经济合理的要求。根据水立方中传感器布设位置和数据采集系统的设计，光纤光栅类传感器的光信号直接采用有线光缆传输；其他短距离(小于1000m)的电信号传输采用多芯屏蔽电缆RVVP2x2.5传输。

步骤四：系统集成

水立方结构健康监测与安全预警系统由传感器子系统，数据采集与传输子系统，数据管理子系统和信号处理子系统组成，传感器子系统负责将结构响应转换为模拟信号，数据采集与传输子系统负责将模拟信号数字化并传输至计算机，数据管理子系统负责组织、存储海量采集数据，信号处理子系统负责解释采集到的结构响应与环境数据，传感器子系统主要由传感器硬件组成、数据采集与传输子系统主要由数据采集与传输硬件与数据采集软件组成，数据管理子系统主要由主要为数据库软件实现，信号处理子系统还包括损伤识别子系统、模型修正子系统和安全评定子系统，信号处理子系统主要由专业分析软件系统实现，健康监测系统的集成是指将系统内不同功能的子系统在物理上、逻辑上、功能上连接在一起，以实现信息综合和资源共享，提高系统维护和管理的自动化水平及协调运行能力。系统集成的原则为：模块化、开放性、可扩充性、可靠性、容错性和易操作性。系统集成的目标为：(1)对系统中的各子系统进行统一控制和管理，并提供用户界面，使系统在用户界面上方便地进行操作。(2)采用开放的数据结构，共享信息资源。系统集成提供一个开放的平台，建立统一的数据库，使各子系统可以自由选择所需数据，充分发挥各子系统的功能，提高系统的运行效率。

由于健康监测系统的集成主要是通过软件系统实现健康监测系统软硬件的接口，因此，系统集成的问题即具体为在某一通用软件平台上的各功能软硬件之间的接口和调用问题，这一通用软件平台称为系统集成的“核心软件”；此外，健康监测系统的监测信息与分析结果均需要存入数据管理子系统的数据库中，所有子系统均从数据库中读取和调用数据，因此，将数据库称为健康监测系统的“数据中心”。

图5为各子系统之间的关系与流程图，根据该图可进行系统集成设计。系统集成体现在软件系统上主要包括两个方面的内容，一是指各子系统软件之间的接口、调用及合理的触发机制，二是指各软件同数据库之间的接口、通讯。本系统的核心软件为LabVIEW，其它的软件有计算分析软件Matlab、结构分析软件Ansys和数据库系统软件，所有软件的运行和调用通过LabVIEW完成。LabVIEW使用ActiveX技术来调用MATLAB脚本程序，在MATLAB Script节点中编辑MATLAB程序，并在LabVIEW环境下运行；通过以上方法，实现现场数据的实时在线分析。调用Matlab的触发机制采用设定阈值进行触发，当某种类型传感器信号值与事先设定的阈值比较后如果为真，即调用Matlab进行模态和损伤识别分析。LabVIEW可以调用系统中任何路径的可执行文件，采用该种方法实现对Ansys的调用。这种情况下Ansys的分析方法为采用批处理式分析方法执行命令流文件，并且可将指定单元构件的某项力学指标直接写入文本文件中，供其他程序调用查询。LabVIEW与数据库之间LabVIEW的ActiveX功能，调用Microsoft ADO控件，利用SQL语言访问数据库并将所有数据实时存入中心数据库中。Matlab与数据库之间的通讯采用Matlab的DatabaseToolbox工具箱。

步骤五：监控中心建设

所有传感器安装完毕，为了获得高质量信号，所有类型的传感器的线路经由不同的电缆及光缆桥架进入中央控制室，并在控制室汇总并分类，电缆全部采用多芯静电屏蔽电缆以降低周围环境电磁干扰的影响，所有采集设备被安装在专用机柜内，可进一步增强静电屏蔽效应，地板采用防静电地板，以上工作对于能否获得干净的、高信噪比的信号十分重要。监控室建设及系统总线如图5所示。

采用本发明编制的结构健康监测系统，完成了本系统的数据采集、数据传输、数据存储和管理及系统集成，系统运行良好，验证了本结构健康监测系统集成技术是可行和可靠的。

在初步建设的结构健康监测系统的基础上，进一步完善和提升该系统，建立该系统所有传感器的同步数据采集系统、风速仪的无线传输和其他传感器有线传输的集成数据传输系统、数据管理系统，将结构模态识别技术、损伤识别技术、模型修正技术、基于监测数据的荷载统计模型、不利荷载和复杂环境下结构失效模式和失效准则、基于监测数据统计和趋势分析的安全评价技术、基于修正模型的结构安全评价技术、基于荷载、环境和响应监测数据的预警技术和统计过程预警技术集成嵌入该系统，建立大型场馆健康监测与安全预警示范系统。在国内外首次对ETFE膜的风速、风压和振动进行了同步测试，并对测试数据进行了分析。对国家游泳中心的风特性、风压分布、风效应进行了多次监测，建立了结构脉动风速谱和风速与风向联合概率模型；统计分析获得了该结构的极值风速与风压的概率分布模型。对该结构的应变进行了长期监测，基于监测数据分析了该结构应变与风速和温度之间的相关性。利用测试的加速度数据，分析了结构的模态参数。本监测系统已经积累了大量的结构荷载、环境和响应数据，对这些数据进行分析，得到大跨度空间结构日常运行下的受力状态、模态参数变化规律，并设置更为合理的预警水平。

Claims (1)

1.一种用于大跨度空间结构健康监测与安全预警的方法，其特征在于，包括以下内容：

步骤一：大跨度空间结构健康监测与预警系统的等级的确定

根据大跨度空间结构的投资规律、重要性、结构的复杂程度和易损性，确定大跨度空间结构健康监测与预警系统的等级划分级别，其中结构健康监测与预警系统等级分为三级，其中一级监测内容全、系统硬软件先进、系统自动化、实时性、集成化和网络化程度高、在线实时监测；二级系统监测内容较全、系统软硬件先进、系统定期连续监测、自动化程度较高、数据管理系统网络化运行；三级的检测内容、检测系统软硬件、检测制度等符合国家建筑结构维护的的相应要求；监测内容为大跨度空间结构的关键构件的应变、振动、位移和环境风荷载；

步骤二：传感器选型与布设

建立大跨度空间结构精细化有限元模型，对该结构在不利工况下的受力进行计算分析，尤其是考虑了风和积雪荷载联合作用下，结构的受力情况；在此基础上，确定了传感器的布设类型、数量及位置，在屋盖和墙面上供设计并安装光纤光栅应变和温度传感器，加速度传感器；风压传感器，三维超声风速仪，激光位移传感器；

加速度传感器包括：单轴、双轴和三轴传感器，可实现同步监控空间三维方向上的结构振动，通过这些传感器可采集到大跨度空间结构在日常环境激励、地震激励及人为激励下的振动信号，为结构的安全评估提供更多的信息来源；

风压传感器用于监控大跨度空间结构的表面的风压大小及分布状况，为结构的安全评定提供必要的直接作用荷载信息；

三维超声波风速仪，可实现空间三维方向的风荷载监测即风速、风向和风攻角，通过数据的分析可获得顺风向、横风向、竖风向的平均风速、平均风向、功率谱密度、湍流强度、湍流积分尺度和阵风因子信息，以此来评价建筑物周围风荷载的特性，将此与风压传感器联合使用更可获得结构在不同风速、不同风向、不同风攻角风荷载作用下的大跨度空间空间结构表面风压分布状况，为结构提供更加全面的风荷载作用信息；

激光位移传感器采用非接触式激光位移传感器监测其振动，；

步骤三：数据采集与传输系统

根据步骤一和二的系统监测等级和传感器类型，选用基于个人计算机的数据采集系统，其标准和结构均公开，具有良好的开放性，适用于大跨度空间结构健康监测与安全预警，数据采集硬件接口方式采用PCI数据采集卡；根据结构应变变化率确定其采样频率为1S/m、根据结构振动频率确定加速度传感器采样率为500S/s，根据传感器数量确定数据采集硬件通道数为64通道，精度为16位，量程范围为-10V～+10V；并由此确定数据采集系统硬件分别包括光纤光栅解调仪和NI DAQ高精度高分辨率数据采集卡，

数据采集软件系统包括：选择Windows系列操作系统，设备驱动软件，由数据采集硬件厂商提供，并与相应的硬件系统所匹；数据采集应用软件开发平台选用Visual C++和LabVIEW开发；各类传感器采集软件包括光纤光栅采集存储程序和结构振动实时监测软件；

数据传输需保证传感器信号进入数据采集系统或计算机之前损耗小，所受干扰小，失真小，传输时间短；在保证以上要求的前提下，尽量使布线短，所遭受破坏的可能性小；同时还需要满足经济合理的要求，包括光纤光栅类传感器的光信号直接采用有线光缆传输；小于1000m的电信号传输采用多芯屏蔽电缆RVVP 2x2.5传输；

步骤四：系统的集成

结构健康监测与安全预警系统由传感器子系统、数据采集与处理及传输子系统、数据管理子系统和信号处理子系统组成，传感器子系统负责将结构响应转换为模拟信号，数据采集与处理及传输子系统负责将模拟信号数字化并传输至计算机，数据管理子系统负责组织、存储海量采集数据，信号处理子系统负责解释采集到的结构响应与环境数据，传感器子系统主要由传感器硬件组成、数据采集与传输子系统主要由数据采集与传输硬件与数据采集软件组成，数据管理子系统主要由主要为数据库软件实现，信号处理子系统还包括损伤识别子系统、模型修正子系统和安全评定子系统，信号处理子系统主要由专业分析软件系统实现，健康监测系统的监测信息与分析结果均需要存入数据管理子系统的数据库中，所有子系统均从数据库中读取和调用数据，因此，将数据库称为健康监测系统的“数据中心”；本系统的核心软件为LabVIEW，其它的软件有计算分析软件Matlab、结构分析软件Ansys和数据库系统软件，所有软件的运行和调用通过LabVIEW完成，LabVIEW使用ActiveX技术来调用MATLAB脚本程序，在MATLAB Script节点中编辑MATLAB程序，并在LabVIEW环境下运行；通过以上方法，实现现场数据的实时在线分析，调用Matlab的触发机制采用设定阈值进行触发，当某种类型传感器信号值与事先设定的阈值比较后如果为真，即调用Matlab进行模态和损伤识别分析，LabVIEW可以调用系统中任何路径的可执行文件，采用该种方法实现对Ansys的调用，这种情况下Ansys的分析方法为采用批处理式分析方法执行命令流文件，并且可将指定单元构件的某项力学指标直接写入文本文件中，供其他程序调用查询，LabVIEW与数据库之间LabVIEW的ActiveX功能，调用Microsoft ADO控件，利用SQL语言访问数据库并将所有数据实时存入中心数据库中，Matlab与数据库之间的通讯采用Matlab的Database Toolbox工具箱；

步骤五：监控中心建设

所有传感器安装完毕，为了获得高质量信号，所有类型的传感器的线路经由不同的电缆及光缆桥架进入中央控制室，并在控制室汇总并分类，电缆全部采用多芯静电屏蔽电缆以降低周围环境电磁干扰的影响，所有采集设备被安装在机柜内，可进一步增强静电屏蔽效应，地板采用防静电地板。

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