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国产无线传感器技术用于国内外大型桥梁监测系统中
无线传感器网络与结构健康监测技术的结合，是目前结构健康监测领域研究与实践的一个发展趋势。近日，由清华大学电子工程系教授杨华中团队主导开发的“基于无线传感网的大型桥梁结构监测系统建设和关键技术研究”项目，获得了2016年度中国公路学会一等奖。
桥面无线传感器，资料图
布拉柴维尔沿河大道斜拉桥，资料图
桥面无线传感器，资料图
据了解，在清华大学已有的低功耗芯片和节点技术基础上，杨华中团队为了研发面向桥梁结构健康监测系统，团队成员王鹏军博士进一步攻克时间同步、传感器等一系列难题。
项目研究成果
时间同步问题，一直是国际既有无线桥梁监测方式的局限，该项目率先成功应用了精度自适应时间同步算法，同步精度达到10μs，大大优于常规桥梁监测要求的1-100ms；同步收敛速度优于传统100%以上，精度可调可自适应。
传感器的寿命问题，是关系到桥梁监测系统能否长期稳定运行的核心问题。该项目集成开发并成功应用平均100μA（3V时）的低功耗传感器，工作寿命优于现有传感器达2到3倍以上，更为适应太阳能供电等非稳定性供能条件。
据了解，这一项目研发并成功应用基于功率谱峰值突出预处理的索力算法，拉索基频解算精度为0.1%-1.0%FS，可全面替代传统索力传感器。
同时，项目率先成功应用振弦类传感器动态采样方法，采样率5-100Hz，频率信号精度0.1-0.4Hz，突破了振弦类传感器数十年来仅可静态采样（采样率通常低于0.02Hz）的应用局限。
基于上述技术，该项目成功开发的无线智能传感器与云平台集成的大型桥梁结构监测系统建设方法，对比传统监测方式，可降低50%以上的建设和运维成本，节省70%以上的建设时间。
技术实践应用
2012年，杨华中团队在江苏无锡重要的交通枢纽——蓉湖大桥上布设完成了当时世界上规模最大的基于无线传感器网络的桥梁监测系统，一时引起了社会极大关注。
不需要任何线缆，通过一个个巴掌大小的无线智能传感器，蓉湖大桥的关键结构部位的监测数据就可以实时传回到业主单位的电脑上。业主单位说，整个项目搭建过程时间短，不影响交通，后期维护成本低且非常便捷，监测数据准确，软件应用起来也非常方便。
布拉柴维尔沿河大道斜拉桥，资料图
5年来，杨华中和他的团队在包括河南郑州刘江黄河大桥、四川泸州长江大桥、泰安长江大桥、无锡开源大桥、山东淄博樵岭前大桥等数十座桥梁上实现了基于无线传感网的桥梁结构监测系统，做过众多的桥梁专项检测、监测项目，并率先被应用于一带一路项目——刚果（布）布拉柴维尔沿河大道斜拉桥的监测中。
业主单位回馈称，通过使用无线智能索力传感器，能获得比以前更准确、充分、可靠的数据采集样本，极大提高了工作效率、降低了上桥工作的劳动强度。
此外，近年来，杨华中团队的相关无线智能传感器、传感云服务等技术已经实现产业化，应用领域也早已从桥梁拓宽至轨道交通、隧道、边坡、水库大坝、古建筑物等基础设施领域。
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