地下工程无线MEMs监测技术教学初探

周彪 冯雷

摘 要：随着基于微机电系统（MEMs）的传感技术及无线通讯技术的快速发展，其在监测和测试中应用日益广泛，通过在教学中引入基于MEMs无线监测网，设置无线网络构建及参数分析等内容，以培养学生多学科交叉能力，拓宽学生视野。取得了良好的效果

关键詞：地下工程;无线;监测技术

近年来，随着无线传感技术的快速发展并与微机电系统（Microelectro Mechanical Systems，MEMS）技术等测试技术的融合。在监测类别上涉及采用倾角计和裂缝计监测隧道结构变形，采用温度传感器和相对湿度传感器监测隧道内环境变化及振动监测等方面快速发展。无线传感器网络节点，采用无线通信，可灵活安装在结构任意位置，监测节点可方便的增加或减少，监测网络节点愈多，其无线组网优势愈加明显;节点本身具有计算和存储能力，通过嵌入的程序和算法，可实现对结构健康的智能化监测。已渐成为目前地下工程监测的新趋势。

在此背景下，在本科生教学中拟引入无线监测网络的试验内容，对于培养学生多学科交叉能力，拓宽学生视野大有裨益。

一、系统构建

以隧道应用为背景，隧道无线监测系统包括硬件系统、软件系统和运营管理三个部分，整体构成框架如图1所示。监测系统主要由5个子系统组成：不均匀沉降监测系统（由静力水准仪组成）;管片接头张开量监测系统（由表面式裂缝计组成）;无线数据采集系统（由无线数据传输节点组成）; 远程通信系统（由GPRS/CDMA远程通信模块组成）;远程控制、监测信息及数据管理、数据图形分析系统（由数据库管理软件组成）。

二、无线网络测试教学

如图2所示，教学测试设备包含倾角采集节点及中继传输节点。

测试场地位于一纵向长度为60m，横向宽度为10m地下通道。以接受信号强度（Receive Signal Strength Indicator）和丢包率PLR（Packet Loss Ratio）作为指标进行测试，通道内发射节点与接收基站距离D=10，20，30，40，50，60m;不同的节点-基站间距时，信号接收强度RSSI和丢包率PLR的变化情况如图3所示所示。

三、结语

通过在教学中引入无线MEMs测试网络，并通过测试RSSI和PLR变化曲线，使学生清晰了解无线测试网络构成及相关指标测试方法。拓展了学生对无线网络的认识，对后续监测教学奠定了较好的基础。