專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的混凝土壩彈性波ct測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利工程無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于大體積混凝土壩體 無損檢測的智能化彈性波CT測試方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自1971年研制成功第一臺醫(yī)學(xué)CT機(jī)以來，CT技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、地球物理 等領(lǐng)域。近年來彈性波CT技術(shù)被引入到混凝土壩安全檢測領(lǐng)域中，彈性波CT成像的主要 技術(shù)要點(diǎn)包括正演和反演兩部分。就其成像計(jì)算方法而言，基于射線理論的圖像重建技術(shù) 已比較成熟，基于波動(dòng)方程的圖像重建技術(shù)也逐步開始應(yīng)用。但是，與彈性波CT計(jì)算方法 方面所取得的巨大進(jìn)步相比，彈性波CT測試技術(shù)相對比較滯后，特別是對于像大壩這樣的 大體積結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有CT測試技術(shù)的低效率極大制約彈性波CT的發(fā)展，所存在的主要問題是
(1)振源控制不方便。常規(guī)的超聲波發(fā)射振源僅能用于尺寸1 2米以內(nèi)的小型混凝 土構(gòu)件測試。因混凝土壩體體積很大，在沒有高精度、高靈敏度測試系統(tǒng)的情況下，需要非 常大的能量才能對壩體產(chǎn)生激勵(lì)振動(dòng)信號。當(dāng)前常規(guī)的人工激勵(lì)振源包括炸藥、電火花振 源、超磁致伸縮聲波發(fā)射振源等。其中，炸藥和電火花能量較大，但是現(xiàn)場操作不夠方便，而 且炸藥爆炸或電火花放電作業(yè)會(huì)對周邊環(huán)境產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊、噪聲等次生危害；特別是大壩 CT需要進(jìn)行很多次數(shù)據(jù)采樣，炸藥和電火花成本較高，環(huán)境不夠友好。超磁致伸縮聲波發(fā) 射振源一般僅適于數(shù)米以內(nèi)的聲波測試，無法用于數(shù)十米、甚至上百米的混凝土壩體CT測 試O(2)測點(diǎn)定位不方便。為了進(jìn)行大壩CT測試，需要對彈性波的發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)進(jìn) 行準(zhǔn)確定位。但是由于大壩幾何形狀復(fù)雜，例如拱壩是一個(gè)復(fù)雜的空間曲面結(jié)構(gòu)，在測試現(xiàn) 場采用全站儀測量技術(shù)進(jìn)行測點(diǎn)定位費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且精度難以保證，極大地制約了彈性波 CT數(shù)據(jù)采集的效率。(3)現(xiàn)有的彈性波測試系統(tǒng)的主機(jī)與傳感器之間采用數(shù)據(jù)線電連接，在進(jìn)行大壩 CT測試時(shí)，因壩體尺寸很大，需要很長的連接線，造成現(xiàn)場測試操作不方便，而且數(shù)據(jù)線過 長還降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省⒔档土讼到y(tǒng)整體可靠性。(4)從測試方式上來看，由于受現(xiàn)有測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模式的限制，在進(jìn)行大壩CT 測試時(shí)，往往是“一發(fā)一收”型式，即一個(gè)激振點(diǎn)發(fā)射彈性波，由一個(gè)接收傳感器接收。當(dāng) 對大壩進(jìn)行彈性波覆蓋掃描測試時(shí)，往往有需要進(jìn)行數(shù)十至數(shù)百次收發(fā)測試，采取“一發(fā)一 收”型式必然效率很低。綜上所述，現(xiàn)有的彈性波CT測試系統(tǒng)僅適用于較小體積的構(gòu)件，而不適于像大壩 這樣大體積的結(jié)構(gòu)；從現(xiàn)場測點(diǎn)布置定位、測試數(shù)據(jù)采集方式等方面來看，現(xiàn)有的測試系統(tǒng) 均存在操作不方便、效率低等問題，因此亟待開發(fā)新的檢測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種新型、智能化的大 壩CT測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)的主要測試任務(wù)是記錄若干組發(fā)射振源信號及大壩各測點(diǎn)位 置上的接收振動(dòng)信號，記錄人工振源點(diǎn)及接收測點(diǎn)的空間坐標(biāo)位置。在獲得這些測試數(shù)據(jù) 后即可計(jì)算混凝土壩各空間測點(diǎn)之間的彈性波走時(shí)，利用獲得的彈性波走時(shí)數(shù)據(jù)開展正反 演計(jì)算后即可進(jìn)行壩體的彈性波層析成像。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的混凝土壩彈性波CT測試系統(tǒng)，包括人工振源模塊，該 模塊中有一用于產(chǎn)生振動(dòng)激勵(lì)信號的力錘，該系統(tǒng)還包括振動(dòng)信號采集模塊和無線傳感器 模塊；
所述振動(dòng)信號采集模塊，包括分別與計(jì)算機(jī)相連的無線傳感器傳輸組件、信號調(diào)理儀 和信號采集儀，無線傳感器傳輸組件、信號調(diào)理儀和信號采集儀依次連接；
所述無線傳感器模塊由多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均包 括分別與控制單元相連的三分量加速度傳感器、GPS 一機(jī)多天線定位組件和無線傳感器 傳輸組件；
該系統(tǒng)還包括設(shè)置于人工振源模塊或振動(dòng)信號采集模塊中的GPS —機(jī)多天線定位組 件如設(shè)置于人工振源模塊中，則力錘和GPS —機(jī)多天線定位組件分別通過信號線與一個(gè) 無線傳感器傳輸組件相接；如設(shè)置于振動(dòng)信號采集模塊中，則該組件直接與計(jì)算機(jī)相連，且 力錘經(jīng)數(shù)據(jù)線與信號調(diào)理儀連接。本發(fā)明中，所述振動(dòng)信號采集模塊和每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，均包括用于向各 工作組件供電的電源。本發(fā)明中，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的控制單元是單片機(jī)控制單元。作為更進(jìn)一步的發(fā)明目的，還提供了一種基于前述系統(tǒng)的混凝土壩彈性波CT測 試方法，包括以下步驟
(1)將各無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、人工振源模塊和振動(dòng)信號采集模塊布置在大壩上，無線 傳感器節(jié)點(diǎn)和人工振源模塊的位置根據(jù)混凝土壩CT測試斷面的要求和關(guān)注重點(diǎn)確定，振 動(dòng)信號采集模塊與人工振源模塊處于相鄰位置；
(2)在進(jìn)行大壩CT測試前，對各儀器部件進(jìn)行自檢；
(3)通過GPS—機(jī)多天線定位組件確定各無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和人工振源模塊的空間 坐標(biāo)位置，并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)；
(4)人工振源模塊進(jìn)行振動(dòng)測試，采用力錘敲擊激勵(lì)振動(dòng)，敲擊力根據(jù)測試距離大小確 定，以能夠激勵(lì)清晰振動(dòng)信號為原則，敲擊力由小到大通過試驗(yàn)確定；
(5)人工振源模塊的激勵(lì)振動(dòng)信號通過與力錘連接的數(shù)據(jù)線直接傳輸至信號采集模 塊，或通過無線傳感器傳輸組件傳遞至振動(dòng)信號采集模塊；
(6)人工振源模塊進(jìn)行激勵(lì)振動(dòng)的同時(shí)，振動(dòng)信號經(jīng)混凝土壩體向四周傳播，當(dāng)傳播至 預(yù)先布置的各個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，經(jīng)三分量加速度傳感器拾取，采集到振動(dòng)信號，并將其 發(fā)回振動(dòng)信號采集模塊，實(shí)現(xiàn)“一發(fā)多收”采集；
(7)將振源和加速度傳感器的位置信息、振源和加速度傳感器之間的彈性波走時(shí)測試 數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)置于計(jì)算機(jī)的彈性波CT計(jì)算軟件，經(jīng)正演和反演迭代計(jì)算，即可得到混凝土壩的彈性波CT圖。本發(fā)明中，還包括振動(dòng)信號濾波處理的步驟利用信號調(diào)理儀的低通濾波功能實(shí) 現(xiàn)對高頻部分濾波，去除混凝土壩體受脈沖力激勵(lì)振動(dòng)響應(yīng)的高頻成份。本發(fā)明中，還包括振動(dòng)信號放大處理的步驟利用信號調(diào)理儀的電荷或電壓放大 功能，實(shí)現(xiàn)對所采集微弱振動(dòng)信號的放大，以便于信號的有效識別和定量分析。本發(fā)明的有益效果是
(1)本測試系統(tǒng)撇棄傳統(tǒng)的電火花和炸藥振源，現(xiàn)場測試的安全性大大提高，振源激發(fā) 操作簡便，對環(huán)境無任何不利影響；
(2)測點(diǎn)定位更加準(zhǔn)確和智能化，無需現(xiàn)場測量作業(yè)，所有測點(diǎn)的坐標(biāo)能夠自動(dòng)記錄并 存儲(chǔ)；
(3)采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)后，避免了現(xiàn)場測試時(shí)的大量連線作業(yè)，測試數(shù)據(jù)傳輸更便捷
可靠；
(4)采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)后，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸模式的重大改變，能夠?qū)崿F(xiàn)測試過程中的 “一發(fā)多收”，可大大提高測試效率。


圖1為測試系統(tǒng)總體組成圖； 圖2為人工振源模塊示意圖3為振動(dòng)信號采集模塊示意圖； 圖4為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；
圖5大壩CT測試示意圖；其中，1為布置于混凝土壩頂上游面的人工振源模塊，2為與人工 振源模塊相連的振動(dòng)信號采集模塊，3為布置于混凝土壩下游壩面上的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式首先對本發(fā)明提及的技術(shù)術(shù)語進(jìn)行確認(rèn)。本發(fā)明使用到的人工振源模塊1、振動(dòng)信 號采集模塊2和無線傳感器模塊均為概括的功能性模塊。其組成部件中的力錘、信號調(diào)理 儀、信號采集儀、計(jì)算機(jī)、電源、GPS —機(jī)多天線定位組件、三分量加速度傳感器、無線傳感器 傳輸組件等，均為可直接市購的現(xiàn)有器材，或者可通過慣用技術(shù)手段由本領(lǐng)域技術(shù)人員自 行組裝實(shí)現(xiàn)，故本發(fā)明對其具體實(shí)現(xiàn)方式不再贅述。本發(fā)明的技術(shù)路線是(1)采用力錘敲擊產(chǎn)生振動(dòng)激勵(lì)信號，采用高精度的振動(dòng) 數(shù)據(jù)采集儀器獲取各測點(diǎn)上的振動(dòng)信號。為了能夠獲得大體積混凝土結(jié)構(gòu)的微弱振動(dòng)信 號，采用信號調(diào)理儀進(jìn)行信號的放大、降噪、濾波等信號處理操作。(2)為了解決現(xiàn)場測點(diǎn)定 位不方便、精度不高的問題，采用GPS—機(jī)多天線技術(shù)進(jìn)行所有振動(dòng)測點(diǎn)的精確定位。(3) 采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)定振動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，避免了現(xiàn)場數(shù)據(jù)連線的繁瑣操作，實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)的多通道、多路徑可靠傳輸。本發(fā)明測試系統(tǒng)的主要組成包括人工振源模塊1、振動(dòng)信號采集模塊2和無線傳 感器模塊。人工振源模塊1主要由力錘、數(shù)據(jù)線組成。振動(dòng)信號采集模塊2由信號調(diào)理儀、 信號采集儀、計(jì)算機(jī)、電源、GPS —機(jī)多天線定位組件、無線傳感器傳輸組件組成。無線傳感 器模塊有多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)3組成，每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)3由高靈敏度三分量加速度傳感器、控制單元、GPS —機(jī)多天線定位組件、無線傳感器傳輸組件、電源等組成。系統(tǒng)組成如圖1所示。人工振源模塊1產(chǎn)生大壩CT測試的振源信號，該振源信號 一方面通過數(shù)據(jù)線傳輸至信號采集模塊并記錄保存；另一方面在測試對象(即大壩)內(nèi)部傳 播，經(jīng)壩體上多個(gè)各測點(diǎn)位置的無線傳感器節(jié)點(diǎn)接收后，通過無線方式發(fā)送至信號采集模 塊。人工振源模塊1如圖2所示，各部分組成及功能如下力錘通過數(shù)據(jù)線與信號采集 模塊中的信號調(diào)理儀連接。當(dāng)采用力錘敲擊混凝土壩體時(shí)，力錘對混凝土壩體施加了振動(dòng) 激勵(lì)(即人工激勵(lì)源)，并能夠在產(chǎn)生人工激勵(lì)振動(dòng)的同時(shí)，將該人工激勵(lì)振動(dòng)信號通過數(shù) 據(jù)線傳輸至信號采集模塊記錄保存。振動(dòng)信號采集模塊2如圖3所示，各部分組成及功能如下無線傳感器傳輸組件 與信號調(diào)理儀連接，信號調(diào)理儀與信號采集儀連接，經(jīng)信號調(diào)理儀處理后的測試信號，可存 儲(chǔ)和顯示在計(jì)算機(jī)上。電源向本模塊各部件提供電源。信號調(diào)理儀的主要功能是實(shí)現(xiàn)對 原始測試信號的電荷放大、電壓放大、模擬積分、降噪、濾波等處理。信號采集儀的主要功 能是實(shí)現(xiàn)多通道同步采集、AD轉(zhuǎn)換、程控放大等。計(jì)算機(jī)可以設(shè)定信號調(diào)理儀、信號采集儀 的有關(guān)參數(shù)，進(jìn)行測試信號的文件操作。無線傳感器傳輸組件的主要功能是實(shí)現(xiàn)信號采集 模塊與無線傳感器模塊之間的雙向通訊和數(shù)據(jù)傳輸；一方面，可以通過計(jì)算機(jī)操控?zé)o線傳 感器傳輸組件向無線傳感器模塊發(fā)送儀器初始化指令、自檢指令、自動(dòng)采集指令等；另一方 面，無線傳感器模塊檢測到的振動(dòng)信號經(jīng)無線發(fā)送后，通過無線傳感器傳輸組件接收，經(jīng)信 號調(diào)理儀、信號采集儀后被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)或顯示。一般地，力錘敲擊產(chǎn)生的人工激勵(lì)信號很微 弱，但是經(jīng)信號調(diào)理儀和信號采集儀進(jìn)行濾波、降噪、放大等處理后，能夠在本測試系統(tǒng)中 有效拾取和分辨原本很微弱的振動(dòng)信號，從而使測試精度和靈敏度大大提高。無線傳感器模塊如圖4所示，根據(jù)測試規(guī)模的大小，可以有多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)3，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的組成及功能如下單片機(jī)控制單元用于模塊各部件的通訊控制、參數(shù)設(shè) 置等簡單操作，臨時(shí)存放測試數(shù)據(jù)等。高靈敏三分量加速度傳感器，用于拾取測點(diǎn)位置的振 動(dòng)信號。無線傳感器傳輸組件，用于將拾取的振動(dòng)信號通過無線的方式傳輸至信號采集模 塊。GPS—機(jī)多天線定位組件，用于確定三分量加速度傳感器的空間位置。電源為無線傳感 器模塊提供電能。采用基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的混凝土壩彈性波CT測試系統(tǒng)，進(jìn)行大壩CT測試的實(shí) 施示意圖見圖5。人工振源模塊1與振動(dòng)信號采集模塊2之間采用數(shù)據(jù)線連接，振動(dòng)信號采 集模塊2與多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)3之間通過無線網(wǎng)絡(luò)方式通訊。大壩CT測試步驟如下
(1)首先將各無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)3、人工振源模塊1 (振源激發(fā)點(diǎn))布置在大壩上。無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)3和人工振源激發(fā)點(diǎn)的位置主要根據(jù)混凝土壩CT測試斷面的要求和關(guān) 注重點(diǎn)確定。振動(dòng)信號采集模塊2 —般與人工振源模塊1處于相鄰位置，如圖2所示，其目 的是以振動(dòng)信號采集模塊2中的GPS —機(jī)多天線定位組件為振源激發(fā)點(diǎn)定位。(2)在進(jìn)行大壩CT測試前，先進(jìn)行儀器自檢。檢查項(xiàng)目包括檢查力錘的力傳感 器是否可靠連接，安裝不牢會(huì)造成虛假振動(dòng)信號；檢查振動(dòng)信號采集模塊2中各部件是否 處于正確的采集等待狀態(tài)；檢查無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是否通訊正常；檢查三分量振動(dòng)加速度傳 感器是否與壩體可靠連接，并能夠接收到振動(dòng)信號。
(3)根據(jù)GPS —機(jī)多天線定位組件，確定各無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)3的空間坐標(biāo)位 置，并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)。(4)進(jìn)行振動(dòng)測試。采用力錘敲擊激勵(lì)振動(dòng)時(shí)，執(zhí)錘要穩(wěn)，落點(diǎn)要準(zhǔn)，敲擊力可根據(jù) 測試距離大小定，以能夠激勵(lì)清晰振動(dòng)信號為原則，敲擊力由小到大通過試驗(yàn)確定。(5)人工激勵(lì)振動(dòng)信號通過與力錘連接的數(shù)據(jù)線直接傳輸至振動(dòng)信號采集模塊2。(6)在人工激勵(lì)的同時(shí)，振源振動(dòng)信號經(jīng)混凝土壩體向四周傳播，當(dāng)傳播至預(yù)先布 置的各個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)3時(shí)，經(jīng)三分量加速度傳感器拾取。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模 式，傳感器終端節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)形成一個(gè)自組織、多跳的網(wǎng)絡(luò)，在進(jìn)行一次人工激 勵(lì)振動(dòng)操作的同時(shí)，多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)3都能夠采集到振動(dòng)信號，并將其發(fā)回信號 采集模塊，實(shí)現(xiàn)“一發(fā)多收”采集。(7)振動(dòng)信號濾波處理?；炷翂误w受錘擊(脈沖力激勵(lì))后，其振動(dòng)響應(yīng)中會(huì)含 有分析中所不需要的高頻成份，這些高頻成份會(huì)造成折疊失真，增加后期處理分析的難度。 在本系統(tǒng)中采用信號調(diào)理儀的低通濾波功能實(shí)現(xiàn)對高頻部分濾波。(8)振動(dòng)信號放大處理。人工力錘激勵(lì)的振動(dòng)信號很微弱，采用信號調(diào)理儀的電荷 或電壓放大功能，實(shí)現(xiàn)對所采集微弱振動(dòng)信號的放大，以便于信號的有效識別和定量分析。(9)對于大壩彈性波CT，所需要的測試數(shù)據(jù)主要是振源和加速度傳感器的位置信 息，振源和加速度傳感器之間的彈性波走時(shí)。將這些測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)置于計(jì)算機(jī)的彈性波 CT計(jì)算軟件，經(jīng)正演和反演迭代計(jì)算，即可得到大壩的彈性波CT圖。當(dāng)然，本發(fā)明還可以有另一種實(shí)現(xiàn)方式在人工振源模塊1中設(shè)置一個(gè)GPS—機(jī)多 天線定位組件用于為振源激發(fā)點(diǎn)定位。同時(shí)，在人工振源模塊1中設(shè)置一個(gè)無線傳感器傳 輸組件，用于將GPS定位的數(shù)據(jù)和接收到的激勵(lì)振動(dòng)信號一并通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給振 動(dòng)信號采集模塊2的無線傳感器傳輸組件。此時(shí)，力錘和GPS —機(jī)多天線定位組件分別通 過信號線與該無線傳感器傳輸組件相接，而振動(dòng)信號采集模塊2中的GPS —機(jī)多天線定位 組件就可以取消了。這個(gè)技術(shù)方案的好處是，振動(dòng)信號采集模塊2與人工振源模塊1分離，無需數(shù)據(jù)線 連接，可以更靈活地布置振源和信號采集模塊，或干脆實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離接收，避免測 試過程受外界環(huán)境干擾。采用本發(fā)明測試系統(tǒng)，可以避免依賴于炸藥、電火花等不太方便的激振方法，而改 用較輕便的力錘人工激勵(lì)，消除了沖擊波、噪聲等次生危害；測試過程中能夠?qū)崿F(xiàn)無線數(shù)據(jù) 傳遞，避免了常規(guī)方法布設(shè)很長數(shù)據(jù)線的繁瑣操作；采用本發(fā)明測試系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)“一發(fā) 多收”測試，大大提高了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集效率；能夠精確快捷地對激振點(diǎn)和傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行空 間定位，大大提高了測試精度，顯著降低了外業(yè)測量工作強(qiáng)度。采用電荷放大和高頻濾波 后，使傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠采集和識別到更微弱的振動(dòng)信號，拓展了彈性波的有效測 試距離，更加適用于像大壩這樣的大體積結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的混凝土壩彈性波CT測試系統(tǒng)，包括人工振源模塊，該模塊中 有一用于產(chǎn)生振動(dòng)激勵(lì)信號的力錘，其特征在于，該系統(tǒng)還包括振動(dòng)信號采集模塊和無線 傳感器模塊；所述振動(dòng)信號采集模塊，包括分別與計(jì)算機(jī)相連的無線傳感器傳輸組件、信號調(diào)理儀 和信號采集儀，無線傳感器傳輸組件、信號調(diào)理儀和信號采集儀依次連接；所述無線傳感器模塊由多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均包 括分別與控制單元相連的三分量加速度傳感器、GPS 一機(jī)多天線定位組件和無線傳感器 傳輸組件；該系統(tǒng)還包括設(shè)置于人工振源模塊或振動(dòng)信號采集模塊中的GPS —機(jī)多天線定位組 件如設(shè)置于人工振源模塊中，則力錘和GPS —機(jī)多天線定位組件分別通過信號線與一個(gè) 無線傳感器傳輸組件相接；如設(shè)置于振動(dòng)信號采集模塊中，則該組件直接與計(jì)算機(jī)相連，且 力錘經(jīng)數(shù)據(jù)線與信號調(diào)理儀連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性波CT測試系統(tǒng)，其特征在于，所述振動(dòng)信號采集模塊和 每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，均包括用于向各工作組件供電的電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性波CT測試系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 的控制單元是單片機(jī)控制單元。
4.基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的混凝土壩彈性波CT測試方法，包括以下步驟(1)將各無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、人工振源模塊和振動(dòng)信號采集模塊布置在大壩上，無線 傳感器節(jié)點(diǎn)和人工振源模塊的位置根據(jù)混凝土壩CT測試斷面的要求和關(guān)注重點(diǎn)確定，振 動(dòng)信號采集模塊與人工振源模塊處于相鄰位置；(2)在進(jìn)行大壩CT測試前，對各儀器部件進(jìn)行自檢；(3)通過GPS—機(jī)多天線定位組件確定各無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和人工振源模塊的空間 坐標(biāo)位置，并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)；(4)人工振源模塊進(jìn)行振動(dòng)測試，采用力錘敲擊激勵(lì)振動(dòng)，敲擊力根據(jù)測試距離大小確 定，以能夠激勵(lì)清晰振動(dòng)信號為原則，敲擊力由小到大通過試驗(yàn)確定；(5)人工振源模塊的激勵(lì)振動(dòng)信號通過與力錘連接的數(shù)據(jù)線直接傳輸至信號采集模 塊，或通過無線傳感器傳輸組件傳遞至振動(dòng)信號采集模塊；(6)人工振源模塊進(jìn)行激勵(lì)振動(dòng)的同時(shí)，振動(dòng)信號經(jīng)混凝土壩體向四周傳播，當(dāng)傳播至 預(yù)先布置的各個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，經(jīng)三分量加速度傳感器拾取，采集到振動(dòng)信號，并將其 發(fā)回振動(dòng)信號采集模塊，實(shí)現(xiàn)“一發(fā)多收”采集；(7)將振源和加速度傳感器的位置信息、振源和加速度傳感器之間的彈性波走時(shí)測試 數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)置于計(jì)算機(jī)的彈性波CT計(jì)算軟件，經(jīng)正演和反演迭代計(jì)算，即可得到混凝土壩 的彈性波CT圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混凝土壩彈性波CT測試方法，其特征在于，還包括振動(dòng)信號 濾波處理的步驟利用信號調(diào)理儀的低通濾波功能實(shí)現(xiàn)對高頻部分濾波，去除混凝土壩體 受脈沖力激勵(lì)振動(dòng)響應(yīng)的高頻成份。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混凝土壩彈性波CT測試方法，其特征在于，還包括振動(dòng)信號 放大處理的步驟利用信號調(diào)理儀的電荷或電壓放大功能，實(shí)現(xiàn)對所采集微弱振動(dòng)信號的 放大，以便于信號的有效識別和定量分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及水利工程無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，旨在提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的混凝土壩彈性波CT測試系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括人工振源模塊、振動(dòng)信號采集模塊和無線傳感器模塊。振動(dòng)信號采集模塊包括分別與計(jì)算機(jī)相連的無線傳感器傳輸組件、信號調(diào)理儀和信號采集儀；無線傳感器模塊由多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，均包括分別與控制單元相連的三分量加速度傳感器、GPS一機(jī)多天線定位組件和無線傳感器傳輸組件；人工振源模塊或振動(dòng)信號采集模塊中設(shè)置GPS一機(jī)多天線定位組件。本發(fā)明測試安全性高，振源激發(fā)操作簡便；測點(diǎn)定位更加準(zhǔn)確和智能化；避免了現(xiàn)場測試時(shí)的大量連線作業(yè)；能夠?qū)崿F(xiàn)測試過程中的“一發(fā)多收”，可大大提高測試效率。
文檔編號G01N29/04GK102141542SQ20101060513
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者王振宇 申請人:浙江大學(xué)