東海大橋是中國第一座跨海大橋，我們在上麵（miàn）使用了（le）多個PXI機（jī）箱組成的係統，以（yǐ）獲（huò）取追蹤大（dà）橋結構完（wán）整性及當前狀（zhuàng）況的重要數據。

"借助於精（jīng）確的GPS同（tóng）步和（hé）時（shí）間標識、NI PXI動態信（xìn）號采（cǎi）集硬件設備和LabVIEW軟件，我們的團隊成功地為東（dōng）海大橋搭建了一個堅固的、模塊化、可靠（kào）且低維護的高（gāo）精度監測係統。"
- Yonglin Zhan, JUST ONE Technology

挑戰:

在可能出現台風、地震、海水腐蝕的環境中，對跨海大橋結構完整性和環境因素（sù）產生的影響進行同步實時監測，需要一個高可靠、低維護的操作係統。

解（jiě）決方案:

部署一個堅（jiān）固耐用的PXI係統來監測環境對（duì）大橋產（chǎn）生（shēng）的影響，進行（háng）實時計算以確定大橋的即時結構健康狀況（kuàng），並將數據儲存，進行離（lí）線處理。

作者（zhě）:Yonglin Zhan - JUST ONE Technology

東海大橋（qiáo）作為（wéi）中（zhōng）國首座跨海大橋（qiáo），耗資12億美元，於2005年完成通車。六車（chē）道（dào）的（de）大（dà）橋將上（shàng）海（hǎi）與洋山（shān）島連在了一起，大橋全長32.5千米，並設計成S形以避開台風和海浪區，以保證車輛安全行（háng）駛。

我們搭建了一個結構健康監（jiān）測（SHM）係統，它能夠提供大量的（de）數據來評估大橋損壞和（hé）退化程度、結構性能狀況（kuàng）、對於突（tū）發性災難（nán）的反應。利用這些數據可以對橋梁的設計和建造技術進行研究。上海巨（jù）一科技發展有（yǒu）限公司（sī）（JUST ONE Technology）使用基於（yú）NI PXI的數據采集（jí）（DAQ）係（xì）統和NI LabVIEW軟件，被選中來搭建這個結構健康監測係統。

我們（men）使用（yòng）基（jī）於NI PXI的數（shù）據采集係統（tǒng），源於其（qí）良好的堅固性和小巧的體積，適用於放置在大橋的保護區域（yù）中。事實證明，係統在安裝完畢後成功地克服了大橋所（suǒ）遇到的濕度（dù）、灰塵、震動和化學腐蝕等各種難題。使用LabVIEW，工程師能夠（gòu）進行重要的實時分析，同時，能夠對大橋上大（dà）量的傳感器產（chǎn）生的信號進行離線處理。

硬件係統（tǒng）設置

對（duì）東海大橋實施監控需要使用超過500個傳感器，在大橋每段都（dōu）放置了加速度計和FBG光學傳感器，來采集環境激勵所引起的頻率響應。同時，大橋還配備了風速儀和壓式傳感器，以記錄（lù）頻率響應所對應的（de）環境條件。大橋每一段還設有一個數據采集站，配備NI PXI-4472B動（dòng）態信號采集卡（DSA）從周圍的加（jiā）速度計采集相關（guān）數據。
    另外，我們使用NI PXI-6652同步模塊和 NI PXI-6602計數器（qì）模塊，以及NI PXI-8187機箱控（kòng）製器，來解決數據采集的同步問題。

在對東海大橋上的係統進行設置時（shí），我們給每個PXI機箱都安裝（zhuāng）了一個（gè）GPS，使用脈衝每秒（PPS）和IRIG-B定時信號分別進行信號同步和時間標識。PPS每秒傳輸一千萬脈（mò）衝，為每個機（jī）箱（xiāng）提供采（cǎi）樣基準時鍾。這（zhè）使（shǐ）得采集模塊可以在（zài）100納秒的（de）分辨率下對大橋上所有設備（bèi）的通道實現精確同步采樣（yàng）。

軟件係統設置

從大海大橋係統獲取原始數據（jù）後，我們需要對其進行分析和處理，然後（hòu）為用戶提供最終信息。我們將數據傳輸到中央監測中心進行處理器密集離線處理，而PXI控製器則負責（zé）進行即時處理工作。

離線分析

東海大橋係統中（zhōng）主要進行的離線分析是多（duō）通道信號頻譜分析和模態分析。我們把這兩種計算都放在（zài）一個離線區域，這裏有許多功（gōng）能強大的（de）電腦運行LabVIEW，由LabVIEW高級信號（hào）處理工（gōng）具包和LabVIEW係（xì）統辨識（shí）工具包共同處理（lǐ）數據。

因為普通的結構模態分析應用及測量響應的方式對於像東海大橋（qiáo）這樣大型的分布式結構是不（bú）適用的，所以我們采用了另（lìng）一個可操作的模態（tài）分析方式。通過這種方式，自然環境和車輛（liàng）行駛對大橋所產生的影響力將作為激勵信號，大橋傳感器所（suǒ）采集的信號將作為響應信號，然後，使用隨機子（zǐ）空間識別（SSI）算法對模態參數進行計算，這種（zhǒng）方法使用了隻輸出係統識別技術（shù），將在LabVIEW高級信號處理工具包中實現。

在線分析

為了能夠（gòu）監測（cè）大橋的實時結構健康狀（zhuàng）態，在加速度計采集到數據後，東海大橋係統能夠實時（shí）地（dì）計算出共振頻率（lǜ）。因為我們在采集數據（jù）的同時，需要實時並行地對數據進行處理，所以共振頻率的計算必須快速高效。SSI算法能夠完美地進行這些運算，但需要進（jìn）行太多的實時運（yùn）算。為了克服這個困難，我們使用了遞歸隨機子空間識別（RSSI）算法。當數據被采集後，數據的值將（jiāng）被導（dǎo）入算法，以計算新的（de）共振頻率。隻需經過一個初始化階段，RSSI算法就能（néng）以（yǐ）極快的速度運（yùn）行，計（jì）算實時頻率值。

總結

使用NI PXI設備構建的數據采集和處理係統，為東海大橋——世界（jiè）上最大型的大橋之一，提供完美的監測解（jiě）決方案。兩位從未使（shǐ）用過LabVIEW的工程師，使用LabVIEW軟件，結（jié）合（hé）LabVIEW高級信號處理和LabVIEW係統識別工具包，隻用了（le）三個月（yuè）的時間就開發了（le）整套東海大橋監測係統。得益於（yú）係統（tǒng）的易用性和NI一流的服務（wù）支持，隻需三位工程師便可完成整座大橋的（de）監測工作，由此將維護成本控製在最低。

借助於精（jīng）確的GPS同步和時間標識、NI PXI動態信號采集硬件設備和LabVIEW軟件，我們的團隊成功地為東海大橋搭建了一個堅固的、模塊化、可靠且低維（wéi）護的高精度監測（cè）係統。