◆ 概述

   “南京長江大橋安全監(jiān)測系統(tǒng)”是由鐵道部立項，上海鐵路局主持，中南大學(xué)與江蘇東華測試技術(shù)有限公司參與實施的科研項目。項目中的關(guān)鍵部分——信號適調(diào)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送及控制軟件由江蘇東華測試技術(shù)有限公司設(shè)計、生產(chǎn)，并完成系統(tǒng)現(xiàn)場安裝、調(diào)試。經(jīng)過各方精誠合作，系統(tǒng)已于2004年3月完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，進(jìn)入試運行階段。經(jīng)過三個月的運行，上海鐵道局、南京長江大橋管理處組織了一次專家評審，在對系統(tǒng)運行情況進(jìn)行現(xiàn)場操作認(rèn)證后，一致認(rèn)為系統(tǒng)設(shè)計合理，運行可靠，可以滿足南京長江大橋安全監(jiān)測的測試要求，目前一直正常運行。

◆ 系統(tǒng)組成

    為了滿足采樣速率和數(shù)據(jù)實時處理的要求，將信號分為三類由三臺計算機分別控制，三類信號分別是：應(yīng)變類（傳感器主要有BS-8FT應(yīng)變計），振動類（傳感器主要有AS-5GB加速度傳感器、941B型、891型拾振器）和位移環(huán)境類（傳感器主要有WS10型位移計以及溫度計、風(fēng)速儀、地震儀等）。

    系統(tǒng)框圖見圖1

◆ 需要解決的主要問題和方法

   需要解決的主要問題和方法：設(shè)備運行的可靠性、被測信號的真實性和有效性(特別是識別雷擊、周邊環(huán)境等各種干擾)是本系統(tǒng)必須優(yōu)先解決的主要問題。因此，在本系統(tǒng)設(shè)計的每個環(huán)節(jié)，上述問題都得到充分考慮。

   ◎考慮到測點分散，為了方便以后的維護(hù)，每個橋墩設(shè)置了一組多通道采集箱，每個采集箱負(fù)責(zé)南北各半跨測點的數(shù)據(jù)采集。為了防止傳感器輸出的小信號遠(yuǎn)距離傳送引起的不穩(wěn)定，將適調(diào)器盡可能靠近傳感器，同時置于防水盒內(nèi)。為了避免列車通過時產(chǎn)生的振動影響其長期工作，采集箱均放在橋墩頂部。連接方法見圖2。

 ◎為了保證采集箱數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳送的可靠性，采用了技術(shù)成熟的RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口；為了防止擴展時，前級機箱故障對后級系統(tǒng)的影響，擴展采用了分別中繼，保證了1.6公里范圍內(nèi)所有數(shù)據(jù)安全可靠的傳送。RS-485的傳送方式見圖3。

◎系統(tǒng)的供電由橋頭堡的控制室統(tǒng)一提供，每個橋墩又使用了一組凈化穩(wěn)壓電源，保證供電的穩(wěn)定可靠。

    ◎所有數(shù)據(jù)進(jìn)入控制室后，經(jīng)RS-485/EPP轉(zhuǎn)換器(因方案確定較早，采用了EPP并口，以后可以用1394火線口或直接使用PCI口)傳入計算機。轉(zhuǎn)換器內(nèi)設(shè)置的單片機，負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)采集和將數(shù)據(jù)直接傳送到計算機內(nèi)存，保證了計算機的CPU有足夠的時間對信號進(jìn)行預(yù)處理、存硬盤、顯示以及將有效數(shù)據(jù)傳送至上位機，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的實時處理，避免了大量監(jiān)測數(shù)據(jù)得不到妥善處理和利用，無用數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)庫的堵塞。

    ◎每個橋墩都設(shè)置了參考通道，計算機實時依據(jù)參考通道的狀態(tài)對數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，剔除無效信號。

    ◎所有硬件均嚴(yán)格按通過ISO9001:2000質(zhì)量管理體系認(rèn)證的工藝要求組織生產(chǎn)，并且所有產(chǎn)品都在振動試驗臺上按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了隨機振動的考驗(高效應(yīng)力篩選)。上橋前，所有產(chǎn)品又模擬現(xiàn)場環(huán)境連續(xù)工作了三個月，所有試驗中發(fā)生的故障都進(jìn)行了統(tǒng)計分析，及時解決系統(tǒng)的共性問題，保證了硬件的可靠性。

◆ 技術(shù)指標(biāo)

1、測量點數(shù)：每臺采集箱8點，每臺計算機可控制16臺采集箱

2、供橋電壓：5V(DC)

3、每測點采樣速率：1、2、5、10、20、50、100、200（次/秒）

4、滿度值：可設(shè) 、可調(diào)

5、A/D分辨率：14位

6、系統(tǒng)不確定度不大于0.5％

7、使用環(huán)境：符合GB6587.1-86-Ⅱ組條件和環(huán)境

8、電源：220V±10％ 50Hz±2％

9、采集箱尺寸：可設(shè) 、可調(diào)

◆ 結(jié)論

    結(jié)論：通過“南京長江大橋安全監(jiān)測系統(tǒng)”的研發(fā)、生產(chǎn)，我們積累了一定的經(jīng)驗。簡單歸納如下：

1、由于監(jiān)測參數(shù)和測點布置較為復(fù)雜，每座橋的狀況各不相同，因此，必須針對每座橋的實際情況設(shè)計硬件，才能保證監(jiān)測系統(tǒng)長期運行的可靠性、被測信號的真實性和有效性。

2、由于上橋以后系統(tǒng)的任何調(diào)整都是非常困難的，因此，整個監(jiān)測系統(tǒng)必須在公司內(nèi)聯(lián)機工作正常，并保證有足夠的老化考核時間。

3、所有技術(shù)必須采用成熟技術(shù)，沒有得到現(xiàn)場充分考驗的產(chǎn)品不要輕易使用(特別是傳感器的形式)。

4、系統(tǒng)的模塊化設(shè)計對于提高系統(tǒng)的可維護(hù)性和可靠性都非常重要。特別是在系統(tǒng)局部損壞的情況下對其他測點不會有任何影響。

5、現(xiàn)場施工質(zhì)量與系統(tǒng)長期可靠工作密切相關(guān)，傳感器防護(hù)措施必須一次實施到位，信號、通訊電纜必須按規(guī)范布設(shè)且固定防護(hù)措施到位。