地下工程無(wú)線MEMs監(jiān)測(cè)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(wú)線通訊技術(shù)的快速發(fā)展，其在監(jiān)測(cè)和測(cè)試中應(yīng)用日益廣泛，通過(guò)在教學(xué)中引入基于MEMs無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)，設(shè)置無(wú)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(wú)線;監(jiān)測(cè)技術(shù)

近年來(lái)，隨著無(wú)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(cè)試技術(shù)的融合。在監(jiān)測(cè)類別上涉及采用傾角計(jì)和裂縫計(jì)監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)變形，采用溫度傳感器和相對(duì)濕度傳感器監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)環(huán)境變化及振動(dòng)監(jiān)測(cè)等方面快速發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采用無(wú)線通信，可靈活安裝在結(jié)構(gòu)任意位置，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)可方便的增加或減少，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)愈多，其無(wú)線組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)愈加明顯;節(jié)點(diǎn)本身具有計(jì)算和存儲(chǔ)能力，通過(guò)嵌入的程序和算法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)健康的智能化監(jiān)測(cè)。已漸成為目前地下工程監(jiān)測(cè)的新趨勢(shì)。

在此背景下，在本科生教學(xué)中擬引入無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)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(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)管理三個(gè)部分，整體構(gòu)成框架如圖1所示。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由5個(gè)子系統(tǒng)組成：不均勻沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（由靜力水準(zhǔn)儀組成）;管片接頭張開(kāi)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（由表面式裂縫計(jì)組成）;無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（由無(wú)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(cè)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(kù)管理軟件組成）。

二、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試教學(xué)

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

測(cè)試場(chǎng)地位于一縱向長(zhǎng)度為60m，橫向?qū)挾葹?0m地下通道。以接受信號(hào)強(qiáng)度（Receive Signal Strength Indicator）和丟包率PLR（Packet Loss Ratio）作為指標(biāo)進(jìn)行測(cè)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(hào)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(yǔ)

通過(guò)在教學(xué)中引入無(wú)線MEMs測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)測(cè)試RSSI和PLR變化曲線，使學(xué)生清晰了解無(wú)線測(cè)試網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成及相關(guān)指標(biāo)測(cè)試方法。拓展了學(xué)生對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)，對(duì)后續(xù)監(jiān)測(cè)教學(xué)奠定了較好的基礎(chǔ)。