随着无线通讯技术的迅猛发展,无线传感网络系统因其配置简单灵活、维护便利、可远程数据采集等优势,成为大型工程结构监测中应变测量系统的研究重点。但在现有的无线方案中,节点能耗、节点间时间偏差等问题极大地阻碍了其自身的发展。同时,恒定的采集速率会使系统在正常情况下消耗过多的能量,而在突发事故状态下又因为应变采集速率偏低,使系统无法准确地反映结构的状态。针对目前远程监测应变采集系统存在的缺点,本文在总结、分析国内外相关研究成果基础上,设计出一套具有高时间同步精度的无线应变采集系统。该无线应变采集系统在正常工作状态使用低速采集降低能耗,而在突发事故状态时能够自动提高采集速率,并实现μs级精度时间同步。此低能耗系统为无线结构监测的实时性和可靠性提供了保障。本文的主要研究内容及成果如下:1.设计无线应变采集系统在硬件上,设计了一套以CC2530为主控的无线应变采集系统。应变采集节点包含应变采样电路、信号调理电路;同时搭载SD卡存储模块实现数据回溯,克服因掉电引起的数据丢失问题;使用CC2530模块完成数据无线传输。在协调器中,3G模块能将协调器收集的数据上传至云端,并可由云端控制系统;GPS模块作为时间同步的基础。2.设计变频的同步采集方案系统以GPS的秒脉冲为基准,在节点收集了协调器的时钟信息后,各个节点就能评估和修改自身的晶振漂移,完成时间同步。在正常情况下,系统采用自适应时间窗两级加权同步算法,并进行低速采集来降低系统能耗;当系统采集的应变值突破阈值时,系统自动切换至高速突击采集模式,此时系统使用最小二乘法完成时间同步,这样不仅能够保证节点的资源主要用于应变测量,并且能在保证时间同步精度的前提下完成高速结构监测。此设计使系统具备较好的自适应功能,为结构损伤诊断提供远程信息支持。3.无线应变采集系统的实验验证通过实际监测实验,验证了此无线应变采集系统的稳定性和可靠性。实验证明,该时间同步方案能够将系统节点间的时间同步精度控制在30μs以内,相比于市面上常规的、昂贵的ms级的方案在成本和精度上都有较大的优势。数据传输可靠性的实验结果也证明了此系统具有较强的抗干扰能力。在应变采集精度的实验中,其误差能够控制在±1.5个με以内。系统的实验结果表明,在应变采集精度、采集速率、时间同步精度方面,本系统均能够很好地满足大型结构监测的需求。