MicroStrain無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)能量收集和基于云的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期性能診斷。

MicroStrain的無(wú)線(xiàn)結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)是一種新的網(wǎng)絡(luò)工具，用于增強(qiáng)長(zhǎng)期性能診斷和預(yù)測(cè)。網(wǎng)絡(luò)功能包括一個(gè)獨(dú)立于能源的傳感器平臺(tái)，可簡(jiǎn)化安裝并減少電池維護(hù)。無(wú)線(xiàn)功能消除了布線(xiàn)的成本和安裝負(fù)擔(dān)。因此，傳感器可以部署在離散位置，對(duì)流量和并發(fā)構(gòu)造的干擾較小。此外，基于云的管理和建模工具支持MicroStrain無(wú)線(xiàn)或第三方健康和使用數(shù)據(jù)。目前的商業(yè)應(yīng)用包括橋梁，飛機(jī)和制造工藝。 

多種微型傳感器節(jié)點(diǎn)組合可為性能參數(shù)提供測(cè)量功能，如振動(dòng)，負(fù)載，應(yīng)變，位移，溫度，腐蝕和傾斜/傾斜。將傳感功能集成到結(jié)構(gòu)和承載設(shè)計(jì)元素中的新技術(shù)使嵌入式監(jiān)控智能能夠構(gòu)建到結(jié)構(gòu)中。此外，低功耗，同步數(shù)據(jù)通信協(xié)議有助于無(wú)線(xiàn)傳輸，可在單個(gè)基站上支持?jǐn)?shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)，而不會(huì)影響可靠性。

無(wú)線(xiàn)監(jiān)控  

重復(fù)的交通負(fù)荷給橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)了很大的壓力。維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施，量化使用和預(yù)測(cè)故障需要監(jiān)控多個(gè)位置和參數(shù)。有線(xiàn)傳感器受到規(guī)模和環(huán)境限制的影響，阻礙了更廣泛的部署。此外，硬連線(xiàn)解決方案難以安裝且破壞性，維護(hù)成本高，并且不容易在橋設(shè)計(jì)之間轉(zhuǎn)移。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在遠(yuǎn)程高價(jià)值設(shè)備上以大規(guī)模和成本效率進(jìn)行部署。MicroStrain 為許多結(jié)構(gòu)應(yīng)用開(kāi)發(fā)了集成的無(wú)線(xiàn)監(jiān)控解決方案。這些包括民用橋梁項(xiàng)目[i]和國(guó)防飛機(jī)應(yīng)用[ii]，他們?cè)谶@些領(lǐng)域提供方法。高級(jí)數(shù)據(jù)同步功能可使用時(shí)間作為統(tǒng)一變量對(duì)傳感器信息進(jìn)行無(wú)線(xiàn)聚合。每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的低功耗FRAM內(nèi)存和事件驅(qū)動(dòng)觸發(fā)器使網(wǎng)絡(luò)能夠以少的能量捕獲關(guān)鍵的健康和使用信息。此外，可擴(kuò)展的系統(tǒng)特性支持在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中分布許多傳感器。網(wǎng)絡(luò)支持固定電話(huà)，蜂窩或衛(wèi)星通信。實(shí)際上，傳感器都可以與MicroStrain網(wǎng)絡(luò)一起使用。因此，運(yùn)營(yíng)商可以定制監(jiān)控以提供渠道。

安裝

橋梁操作員無(wú)法通過(guò)繁瑣的監(jiān)控系統(tǒng)和安裝實(shí)踐來(lái)破壞或復(fù)雜正常的橋梁操作。并發(fā)建設(shè)活動(dòng)或交通流量的中斷破壞了增強(qiáng)傳感能力的成本和便利性。MicroStrain微型傳感器可安裝在現(xiàn)有橋梁上，并與未來(lái)的橋梁設(shè)計(jì)集成。 

無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)離散布局，無(wú)需人工密集且易損壞的線(xiàn)路。該網(wǎng)絡(luò)支持詳細(xì)檢查，定期評(píng)估和長(zhǎng)期監(jiān)控。此外，對(duì)于新建筑，無(wú)線(xiàn)集成剪切銷(xiāo)（WISP）首先設(shè)計(jì)用于監(jiān)控飛機(jī)起落架上的載荷，疲勞和損壞，提供完全校準(zhǔn)，環(huán)境密封的集成性能監(jiān)控功能。MicroStrain的微型無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)還能夠從加速度計(jì)，地震檢波器，粘合或焊接應(yīng)變儀，LVDT，熱電偶和腐蝕傳感器同步采集數(shù)據(jù)。我們的無(wú)線(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)聚合器支持遠(yuǎn)程站點(diǎn)的自動(dòng)橋接監(jiān)控 （WSDA），它使用時(shí)間作為統(tǒng)一變量從可伸縮傳感器網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)。

能源獨(dú)立

遠(yuǎn)程資產(chǎn)在獲取傳統(tǒng)能源方面受到很大限制。在短時(shí)間的臨時(shí)監(jiān)控應(yīng)用中，MicroStrain的低功耗微電子可以足以提供自主操作。監(jiān)控系統(tǒng)提供預(yù)定數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議以及事件驅(qū)動(dòng)的睡眠模式，以小功率維持必需的數(shù)據(jù)。但是，解決方案對(duì)于提取有意義的生命周期性能指標(biāo)是必要的。通過(guò)應(yīng)用可再生的，收獲的能源來(lái)消除電池維護(hù)可以為自給自足的無(wú)線(xiàn)監(jiān)控解決方案提供長(zhǎng)期電力。

太陽(yáng)能是美國(guó)許多地區(qū)公路基礎(chǔ)設(shè)施的合理選擇。太陽(yáng)能收集設(shè)備可以將傳感器節(jié)點(diǎn)與傳統(tǒng)電源的限制分離。MicroStrain的經(jīng)驗(yàn)包括開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能，應(yīng)變，振動(dòng)和熱動(dòng)力傳感器網(wǎng)絡(luò)。部署自供電微型傳感器可以顯著提數(shù)據(jù)提取能力，同時(shí)減少對(duì)目視檢查和電池維護(hù)的需求。

安全的基于云的數(shù)據(jù)

持續(xù)的健康和使用監(jiān)控會(huì)生成大量數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)對(duì)于優(yōu)化操作和維護(hù)是必需的，但它也可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)可視化和管理挑戰(zhàn)。MicroStrain的SensorCloud?提供安全，基于云的傳感器數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，可視化功能和用戶(hù)定義的警報(bào)通道。SensorCloud?使大數(shù)據(jù)易于訪(fǎng)問(wèn)，并允許工程師在幾秒鐘內(nèi)深入了解各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

SensorCloud?配備了板載分析和建模工具，允許用戶(hù)開(kāi)發(fā)，驗(yàn)證和驗(yàn)證新算法。此外，開(kāi)放API平臺(tái)支持導(dǎo)入分析指標(biāo)和其他數(shù)據(jù)類(lèi)型（例如注釋性注釋和圖像）。通過(guò)這些方式，可以利用交叉數(shù)量，平均每日負(fù)載流量，共振頻率和累積疲勞等使用模式。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，資源優(yōu)先排序。

實(shí)時(shí)連接

可訪(fǎng)問(wèn)性是維護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。通過(guò)其基于云的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，MicroStrain的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)和控制。使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)將長(zhǎng)期數(shù)據(jù)推送到云，以及在無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)聚合器內(nèi)本地存檔。因此，用戶(hù)可以低效地以低成本配置，管理和維護(hù)分布式監(jiān)控系統(tǒng)。 

MicroStrain的Live Connect還使橋接操作員能夠在受控測(cè)試事件期間遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)時(shí)橋接性能。利用應(yīng)變事件，例如定義的交通負(fù)荷交叉，可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程觀(guān)察特定位置的性能。

橋梁監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)

MicroStrain已經(jīng)支持了許多主要的無(wú)線(xiàn)裝置，這些裝置可以主動(dòng)監(jiān)測(cè)主要橋跨的結(jié)構(gòu)應(yīng)變和地震活動(dòng)。[iii] ，[iv]其中一個(gè)例子是本·富蘭克林大橋，它橫跨特拉華河，從賓夕法尼亞州費(fèi)城到新澤西州卡姆登。[v]   通過(guò)蜂窩電話(huà)鏈路遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)。無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)測(cè)量懸臂梁中的結(jié)構(gòu)應(yīng)變，因?yàn)槁每土熊?chē)橫跨跨度。在幾個(gè)月內(nèi)進(jìn)行測(cè)量以量化橋梁疲勞。性能監(jiān)控驗(yàn)證了橋梁在其設(shè)計(jì)范圍內(nèi)運(yùn)行，并允許操作員避免昂貴的大修。

MicroStrain還為州，聯(lián)邦和外國(guó)橋梁計(jì)劃部署了自供電無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋監(jiān)控系統(tǒng)。這些例子包括位于羅德島北史密斯菲爾德的Great Road State Bridge，橫跨康涅狄格州紐黑文的泰晤士河的Goldstar橋以及希臘科林斯的Corinth運(yùn)河橋。每個(gè)站點(diǎn)都集成了微型太陽(yáng)能收集器，為由MicroStrain的無(wú)線(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)聚合器和無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)供電。在科林斯，一個(gè)地震活躍的地區(qū)，橋梁設(shè)計(jì)具有部分地震隔離，橋梁操作員希望在實(shí)際地震事件中評(píng)估隔離設(shè)計(jì)的有效性。系統(tǒng)以200 Hz的頻率連續(xù)采樣加速度。

MicroStrain基于云的數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用使橋梁運(yùn)營(yíng)商和協(xié)作研究計(jì)劃能夠聚合，可視化和分析高分辨率的健康和使用數(shù)據(jù)。對(duì)于100Hz，10節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)收集要求通常超過(guò)1GB /天。較大的跨度可能需要數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)嵌入式傳感器。隨著時(shí)間的推移，維護(hù)和協(xié)作橋接性能數(shù)據(jù)會(huì)帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。SensorCloud?使橋梁研究人員能夠以規(guī)模經(jīng)濟(jì)地維護(hù)，共享和建模橋梁性能。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與基于云的數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，改變了遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)的性能監(jiān)控。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，操作員可以對(duì)結(jié)構(gòu)的惡化及其對(duì)性能的相應(yīng)影響獲得寶貴的見(jiàn)解。通過(guò)使橋梁監(jiān)控系統(tǒng)的安裝破壞性小且易于管理，可以大規(guī)模地實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)。因此，現(xiàn)有和下一代基礎(chǔ)架構(gòu)都可以訪(fǎng)問(wèn)基于條件的維護(hù)，修復(fù)和建模的值。

[i] Arms，SW等人，“用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程可重編程傳感器”，結(jié)構(gòu)材料技術(shù)（SMT）：用于公路和橋梁的NDE / NDT，2004年9月16日，紐約州布法羅市

[ii] Arms，SW等人，“飛行器結(jié)構(gòu)健康和使用管理系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的飛行測(cè)試”，于2011年2月28日至3月3日在澳大利亞墨爾本舉行的AIAC14上接受發(fā)表

[iii] Townsend CP，Hamel，MJ，Arms，SW; “可擴(kuò)展的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)”，proc。SPIE的

第9屆智能結(jié)構(gòu)與材料國(guó)際研討會(huì)和第7屆國(guó)際老齡化基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)損評(píng)估與健康監(jiān)測(cè)研討會(huì)，加利福尼亞州圣地亞哥，2002年3月17日至21日發(fā)表論文

[iv]  Galbreath JH，Townsend，CP，Mundell，SW，Arms，SW; “采用節(jié)能高速無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行土木結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)”，國(guó)際結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研討會(huì)，受邀，加利福尼亞州斯坦福，2003年9月

[v] Rong，AY和Cuffari，MA; “使用無(wú)線(xiàn)應(yīng)變計(jì)的鋼橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)”結(jié)構(gòu)材料技術(shù)VI，第327-330頁(yè)，NDE / NDT用于公路和橋梁，紐約州布法羅，2004年9月16日