無線監測系統驗證

2.1 量測系統與方法

本次實驗為使用無線監測系統(配合加速度計)，並同時利用有線微動量測系統(配合速 度計)，於交通大學工程二館進行微動量測試驗，以驗證該無線監測系統。施測方向為短向 (X 向)及長向(Y 向)，工程二館之簡易示意圖及測點概略位置如圖(2.1)所示。

2.1.1 試驗設備

試驗所使用之無線監測系統的集錄系統和感應模組如圖2.2 與圖 2.3 所示，其規格如 表2.1 所列。感應模組 CC2430/31 Sensor Board 裝配單軸加速度計、16 位元 A/D 轉換及 SPI 操作介面，其所需之供電電壓為 3.3V，最大測量範圍為±1g。

所使用有線微動量測系統(SPC-51)及速度計如圖 2.4 與圖 2.5 所示，其規格如表 2.2 及 表2.3 所示。整套系統之解析度可達5*10^6(cm/sec)，雜訊(spectral noise)於 1~100Hz 間可 小於2*10^6(cm/sec)(均方根值，rms)。值得注意的是，SPC-51 集錄系統之低通濾波器自動 設定於3

1取樣頻率處。故吾人只會量到頻率低於 3

200Hz 之振動量。

2.1.2 試驗方法

本試驗於工程二館進行，選定一測點，於4 個樓層中分別擺設兩個 VSE15D 速度計 以及一個CC2430/31 Sensor Board 感應模組。各個樓層之 VSE15D 速度計分佈於短向(X 向) 及長向(Y 向)以量測相對應之反應。由於祇是四個 CC2430/31 Sensor Board 感應模組，是 故短向(X 向)與長向(Y 向)分兩次進行量測。兩種感應計擺設方位如圖 2.6，現地量測照片 如圖2.7 所示。

施測方式說明如下：

1.量測時間：

每段量測時間皆紀錄5 分鐘，取樣頻率為 100Hz，故每個測點共取 30000 點。

2.量測振幅範圍

兩種感應計分別量測結構之速度反應及加速度反應。因微動試驗之環境外力振幅極 小，故有線微動量測系統所設之振幅範圍為±1kine，無線監測系統則設為±1g。

2.2 量測結果驗證

為驗證無線監測系統之可靠性，所量測微動反應與傳統有線量測系統所得者比較。由 於一為量測加速度反應，另一為量測速度反應；故先利用平穩過程(stationary process)之假 設，以比較量測值速度頻譜。圖2.8 和圖 2.9 為工程二館各樓層之無線及有線量測於 X 向(短 向)和 Y 向(長向)的微動量測試驗歷時，由圖 2.8 及圖 2.9 可初步看出，無線監測系統之量 測結果並不理想。

進一步分析兩種量測數據，透過下式估算各測點之速度及加速度單邊能譜密度函數

    



 ^nc

k k d

x

x V f T

T f n

G

1

, 2

2



 (2.1)

   

1 2

2 ^c ,

n k d k

xx

A f T G f n T





 

 

 





 (2.2)

其中：V_k





A f T

 ^, 

線微動量測系統與無線監測系統所得之結果，由無線監測系統所得加速度頻譜透過

 

 

G_xx ) ² _{xx}

(2 ^





轉換成速度頻譜。由有線微動量測系統與無線監測系統所得之速度頻譜如圖2.10 及圖 2.11 所示。

由圖 2.10 及圖 2.11 可發現，有線微動量測系統與無線監測系統所得頻譜非常的不一 樣，值之大小與圖形均有非常大之差異。有線微動量測系統於短向(X 向)在不同測點之分 析結果，可清楚看出約在5Hz 附近有明顯之峰值；長向(Y 向)則是在 4Hz 附近有明顯之峰 值。而無線監測系統之分析結果，雖然均有明顯峰值，但仔細觀察可發現，其峰值成規律 性出現，約每5Hz 出現一峰值，造成此現象有可能是 CC2430/31 Sensor Board 電路不穩所 造成之量測誤差或者是轉檔之編譯程式撰寫不佳所致。