[摘要]為了解決橋梁健康監測領域中大范圍橋梁振動數據采集的問題，設計開發了一套基于TCP/IP協議的網絡化振動傳感器，介紹了它的硬件組成、軟件結構。這種新型的振動傳感器實現了對橋梁健康狀態振動模擬信號的就近數字化和網絡傳輸，使得測控網與信息網融為一體。該實現方案還可用于有大范圍網絡化測控需求的各種領域。 [關鍵詞] 網絡化振動傳感器 TCP/IP協議 橋梁健康監測 1. 緒論 隨著網絡技術的普及應用，基于TCP/IP協議的以太網得到了飛速發展，并得到了全球的支持。目前不僅在辦公自動化領域內,而且在各個企業的管理網絡、監控層網絡也都廣泛使用以太網技術，并開始向現場設備層網絡延伸。在類似于橋梁振動狀態監測這樣的有大范圍數據采集要求的領域，目前國際通用的做法是使用傳統的模擬傳感器分布安裝，多個模擬輸出信號經傳輸線集中到一點，再統一送入計算機進行數字化。該方案的缺點是模擬信號長距離傳輸，信號容易失真，抗干擾能力差。本文所介紹的網絡化振動傳感器解決了這一問題，實現了傳感器現場級的數字化通信方式。 本文研究的基本思路是把普通的振動傳感器與計算機網絡技術相結合，研究并開發一種基于TCP/IP協議的網絡化振動傳感器，使分布于現場的傳感器實現對橋梁健康振動狀態模擬信號的就近數字化和網絡傳輸。網絡振動傳感器在整個系統中的作用如圖1所示。 2. 網絡化振動傳感器的硬件結構 本文所介紹的網絡化振動傳感器的關鍵部分由采用891-4位移傳感器和Rabbit 3000組成，891-4是東方振動和噪聲技術研究所設計的振動信號專用的精密傳感器，用于監測橋梁的豎向和橫向振動位移；Rabbit 3000是美國Z-World公司推出的新一代嵌入式系統8位高性能微處理器，其程序存儲器中固化有當前流行的Internet協議棧,如HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP等,這樣，在Rabbit 3000的輸出端再集成10/100Base-T 以太網接口之后，網絡化振動傳感器在進行數據采集或完成I/O控制任務的同時,就可以完成Internet協議處理，實現與上位機之間信息的實時發布與共享。本文選用的AD574A為美國Analog Devices公司快速12位A/D轉換器。該網絡化振動傳感器的結構如圖2所示： 每個網絡化振動傳感器有它自己的IP地址和端口號，在整個監測系統中，可以安裝多個網絡化振動傳感器，用交換機相連，組成以太網。 3. 網絡化振動傳感器的軟件系統設計 網絡化振動傳感器的軟件系統由Dynamic C語言創建。Dynamic C基于Ｃ語言，是由Z-World公司為Rabbit系列微處理器提供的軟件開發工具，適用于編寫嵌入式軟件，是擴展了的Ｃ編程系統。該軟件開發環境集編輯、編譯、鏈接、調試和下載于一體，具有系統在線編程調試功能，只要用一根接口電纜把PC串行口和基于Rabbit3000的網絡化振動傳感器連接起來，就可實現軟件的開發。 軟件系統的功能包括兩大部份：信號采集和網絡傳輸，主程序流程圖如下： 下面給出部分系統初始化的源程序： 4. 橋梁健康狀態檢測結果 運行于橋頭服務器的上位機監測軟件的開發平臺是NI公司的Labview 7.0，該軟件具有友好的用戶界面，可以把所有的采集數據存入數據庫，并可實現波形的顯示和分析。下面以橫向振動位移信號為例給出測量結果曲線： 5. 結束語 本文所介紹的以Rabbit 3000微處理器為核心的網絡化振動傳感器是傳感器技術與網絡通信技術相結合的結果，實現了橋梁健康狀態監測系統的完全數字化和網絡化，使得測控網與信息網融為一體。而且還可以做到"即插即用"，非常方便于系統的擴充和維護。除了橋梁等大型建筑之外，在國防、通信、航空、航天、氣象、制造等有大范圍網絡化測控需求的領域，網絡化儀器同樣可以取代傳統的傳感器而得到廣泛的應用。