[摘要]为了解决桥梁健康监测领域中大范围桥梁振动数据采集的问题，设计开发了一套基于TCP/IP协议的网络化振动传感器，介绍了它的硬件组成、软件结构。这种新型的振动传感器实现了对桥梁健康状态振动模拟信号的就近数字化和网络传输，使得测控网与信息网融为一体。该实现方案还可用于有大范围网络化测控需求的各种领域。
[关键词] 网络化振动传感器 TCP/IP协议 桥梁健康监测
1. 绪论
随着网络技术的普及应用，基于TCP/IP协议的以太网得到了飞速发展，并得到了全球的支持。目前不仅在办公自动化领域内,而且在各个企业的管理网络、监控层网络也都广泛使用以太网技术，并开始向现场设备层网络延伸。在类似于桥梁振动状态监测这样的有大范围数据采集要求的领域，目前国际通用的做法是使用传统的模拟传感器分布安装，多个模拟输出信号经传输线集中到一点，再统一送入计算机进行数字化。该方案的缺点是模拟信号长距离传输，信号容易失真，抗干扰能力差。本文所介绍的网络化振动传感器解决了这一问题，实现了传感器现场级的数字化通信方式。
本文研究的基本思路是把普通的振动传感器与计算机网络技术相结合，研究并开发一种基于TCP/IP协议的网络化振动传感器，使分布于现场的传感器实现对桥梁健康振动状态模拟信号的就近数字化和网络传输。网络振动传感器在整个系统中的作用如图1所示。
2. 网络化振动传感器的硬件结构
本文所介绍的网络化振动传感器的关键部分由采用891-4位移传感器和Rabbit 3000组成，891-4是东方振动和噪声技术研究所设计的振动信号专用的精密传感器，用于监测桥梁的竖向和横向振动位移；Rabbit 3000是美国Z-World公司推出的新一代嵌入式系统8位高性能微处理器，其程序存储器中固化有当前流行的Internet协议栈,如HTTP、SMTP、POP3、TCP、UDP、ICMP、IP等,这样，在Rabbit 3000的输出端再集成10/100Base-T 以太网接口之后，网络化振动传感器在进行数据采集或完成I/O控制任务的同时,就可以完成Internet协议处理，实现与上位机之间信息的实时发布与共享。本文选用的AD574A为美国Analog Devices公司快速12位A/D转换器。该网络化振动传感器的结构如图2所示：
每个网络化振动传感器有它自己的IP地址和端口号，在整个监测系统中，可以安装多个网络化振动传感器，用交换机相连，组成以太网。
3. 网络化振动传感器的软件系统设计
网络化振动传感器的软件系统由Dynamic C语言创建。Dynamic C基于Ｃ语言，是由Z-World公司为Rabbit系列微处理器提供的软件开发工具，适用于编写嵌入式软件，是扩展了的Ｃ编程系统。该软件开发环境集编辑、编译、链接、调试和下载于一体，具有系统在线编程调试功能，只要用一根接口电缆把PC串行口和基于Rabbit3000的网络化振动传感器连接起来，就可实现软件的开发。
软件系统的功能包括两大部份：信号采集和网络传输，主程序流程图如下：
下面给出部分系统初始化的源程序：
4. 桥梁健康状态检测结果
运行于桥头服务器的上位机监测软件的开发平台是NI公司的Labview 7.0，该软件具有友好的用户界面，可以把所有的采集数据存入数据库，并可实现波形的显示和分析。下面以横向振动位移信号为例给出测量结果曲线：
5. 结束语
本文所介绍的以Rabbit 3000微处理器为核心的网络化振动传感器是传感器技术与网络通信技术相结合的结果，实现了桥梁健康状态监测系统的完全数字化和网络化，使得测控网与信息网融为一体。而且还可以做到"即插即用"，非常方便于系统的扩充和维护。除了桥梁等大型建筑之外，在国防、通信、航空、航天、气象、制造等有大范围网络化测控需求的领域，网络化仪器同样可以取代传统的传感器而得到广泛的应用。
