地下工程無線MEMs監(jiān)測技術(shù)教學(xué)初探

周彪 馮雷

摘 要：隨著基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMs）的傳感技術(shù)及無線通訊技術(shù)的快速發(fā)展，其在監(jiān)測和測試中應(yīng)用日益廣泛，通過在教學(xué)中引入基于MEMs無線監(jiān)測網(wǎng)，設(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及參數(shù)分析等內(nèi)容，以培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉能力，拓寬學(xué)生視野。取得了良好的效果

關(guān)鍵詞：地下工程;無線;監(jiān)測技術(shù)

近年來，隨著無線傳感技術(shù)的快速發(fā)展并與微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectro Mechanical Systems，MEMS）技術(shù)等測試技術(shù)的融合。在監(jiān)測類別上涉及采用傾角計(jì)和裂縫計(jì)監(jiān)測隧道結(jié)構(gòu)變形，采用溫度傳感器和相對濕度傳感器監(jiān)測隧道內(nèi)環(huán)境變化及振動監(jiān)測等方面快速發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采用無線通信，可靈活安裝在結(jié)構(gòu)任意位置，監(jiān)測節(jié)點(diǎn)可方便的增加或減少，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)愈多，其無線組網(wǎng)優(yōu)勢愈加明顯;節(jié)點(diǎn)本身具有計(jì)算和存儲能力，通過嵌入的程序和算法，可實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)健康的智能化監(jiān)測。已漸成為目前地下工程監(jiān)測的新趨勢。

在此背景下，在本科生教學(xué)中擬引入無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)內(nèi)容，對于培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉能力，拓寬學(xué)生視野大有裨益。

一、系統(tǒng)構(gòu)建

以隧道應(yīng)用為背景，隧道無線監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和運(yùn)營管理三個(gè)部分，整體構(gòu)成框架如圖1所示。監(jiān)測系統(tǒng)主要由5個(gè)子系統(tǒng)組成：不均勻沉降監(jiān)測系統(tǒng)（由靜力水準(zhǔn)儀組成）;管片接頭張開量監(jiān)測系統(tǒng)（由表面式裂縫計(jì)組成）;無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（由無線數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)組成）; 遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)（由GPRS/CDMA遠(yuǎn)程通信模塊組成）;遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測信息及數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)圖形分析系統(tǒng)（由數(shù)據(jù)庫管理軟件組成）。

二、無線網(wǎng)絡(luò)測試教學(xué)

如圖2所示，教學(xué)測試設(shè)備包含傾角采集節(jié)點(diǎn)及中繼傳輸節(jié)點(diǎn)。

測試場地位于一縱向長度為60m，橫向?qū)挾葹?0m地下通道。以接受信號強(qiáng)度（Receive Signal Strength Indicator）和丟包率PLR（Packet Loss Ratio）作為指標(biāo)進(jìn)行測試，通道內(nèi)發(fā)射節(jié)點(diǎn)與接收基站距離D=10，20，30，40，50，60m;不同的節(jié)點(diǎn)-基站間距時(shí)，信號接收強(qiáng)度RSSI和丟包率PLR的變化情況如圖3所示所示。

三、結(jié)語

通過在教學(xué)中引入無線MEMs測試網(wǎng)絡(luò)，并通過測試RSSI和PLR變化曲線，使學(xué)生清晰了解無線測試網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成及相關(guān)指標(biāo)測試方法。拓展了學(xué)生對無線網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識，對后續(xù)監(jiān)測教學(xué)奠定了較好的基礎(chǔ)。