德雷塞尔大学工程学院的研究人员开发了一种太阳能无线传感器系统，可以持续监测桥梁变形，并可用于在桥梁性能显着恶化时向当局发出警报。根据美国土木工程师协会的数据，全国有超过46,000座桥梁被认为状况不佳，这样的系统既可以作为一项重要的安全措施，也可以帮助分流维修和维护工作。

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该系统可测量桥梁变形并依靠光伏发电持续运行，该系统在最近一期的IEEE工业电子新兴和精选主题杂志上公布，该论文由德雷克塞尔工程学院研究人员IvanBartoli博士撰写。,MustafaFurkan,Ph.D.,FeiLu,Ph.D.和学院博士生王耀。

“与美国一样老化的基础设施，我们需要一种方法来全天候24/7密切关注这些关键资产，”领导工程学院智能基础设施联盟的Bartoli说。“这是一项迫切需要，不仅是为了防止灾难性的、往往是悲惨的失败，而且是为了了解哪些桥梁应该优先进行维护和更换，以便我们能够有效和可持续地保护和改善我们的基础设施。”

在美国的617,000座桥梁中，超过40%的桥梁已有50年以上的历史。据学院土木、建筑和环境工程系教授巴托利说，虽然它们经久耐用，但也必须定期检查——每两年一次。他说，目前的做法是进行目视检查，在极少数情况下，只监测被视为“有问题的结构”的桥梁。

但根据ASCE的“美国基础设施报告卡”，需要关注的桥梁数量正在增加。像Drexel这样的系统可以帮助联邦机构和检查员应对挑战，并在建造新桥梁时减少检查的总体需求。

他们的无线位移传感器由太阳能光伏电池、变形测量装置(称为位移电位器)和监控接口收发器组成。这三者都安装在桥上，以在交通流过桥时连续测量桥的变形，并将该信息传输到远程监控站。

位移电位器是一种小巧、坚固、轻便的装置，安装在桥梁的大梁上。它测量位移或大梁的移动，因为桥梁在车辆通过时会暂时变形。这种变形模式的变化可能是结构问题的早期指标。

由于该系统从太阳能电池和备用电池获取电力，因此可以在桥上安装多个电位器而无需布线。该系统可以容纳许多不同的传感器，用于监测桥梁运动，例如加速度、倾斜和位移等。将多种类型的传感器集成到系统中可以更全面地了解桥梁的健康状况。

“该系统的主要优点是去除了数百甚至数千英尺的昂贵电缆，这些电缆可能会损坏，在安装过程中需要小心并增加传感系统的总体成本，”Bartoli说。“另一个优势是，通过一个无线平台，我们可以同时读取许多不同类型的传感器，不仅是位移，还有加速度计、倾斜仪和应变计。”

Drexel电气和计算机工程系的一组电气工程师为系统设计了电源，并优化了它在所有气候条件下的耐用性和耐久性。它包括一个21.8x35厘米、10瓦的光伏电池和一个大容量的14.8伏锂离子电池，用于存储和释放它收集的能量。他们在宾夕法尼亚州隆冬的实验室和室外对其进行了测试，以确保它能够在最具挑战性的天气条件下继续提供电力。

“我们希望确保传感器能够全天不间断地进行测量和传输数据，因此我们使用了大容量电池，以便它可以为系统供电过夜或长时间阴天，”王说，谁领导了电力系统的发展。“这种配置有望提供多年不间断的电力，如果天气多云或太阳能电池被禁用，电池可以自行供电三周。”

该团队希望证明一种经济实惠、易于安装的传感器阵列足够坚固，能够承受多年很少或无需维护的元素，从而能够对许多桥梁进行持续监测，而不仅仅是那些状况不佳的桥梁。这种级别的数据收集将有助于确定每座桥梁的“正常”结构行为是什么，并在该行为意外发生变化时发出警报。

Bartoli说：“我们的目标是让传感器无限期地持续使用，而几乎不需要维护。”“可靠、持续的监测可确保这些结构按预期运行。它使我们能够捕获有关过载和由桥梁上的大负载引起的结构变形的数据。它还使我们能够看到结构如何因环境因素而变形，例如风和温度变化，因此我们可以确保所有这些变形都在预期范围内。

虽然该系统目前已准备好部署，但该团队计划通过添加其他类型的传感器并推动确定电源的整个使用寿命，在实验室中继续对其进行测试和改进。