一种桥梁箱梁健康状态监测系统及监测方法与流程

本发明涉及桥梁箱梁安全监测技术领域，具体涉及一种桥梁箱梁健康状态监测系统及监测方法。

背景技术：

随着中国经济的快速发展，国内在30年的时间内修建了大量桥梁梁，现在仍然在继续修建中；这其中预应力箱梁结构的桥梁占绝大多数；随着桥梁的持续使用，特别是车辆超载对预应力箱梁构成的破坏性影响，预应力箱梁不可避免的会存在结构老化和损伤，结构性老化和损伤持续发展并达到一定程度时，预应力箱梁存在断裂垮塌的隐患，成为桥梁行车的重大安全威胁；而目前国内对桥梁箱梁的检测仍停留在试验研究阶段，仅限于高校或研究院所的研究，所用仪器及装置昂贵、复杂，无法大规模应用于现场对桥梁箱梁进行动态安全监测，因此急需开发一种成本低廉、稳定可靠的监测系统，用于对桥梁箱梁的健康状态进行动态监测，对存在安全隐患的桥梁箱梁及时发出安全预警并采取处置措施，避免发生桥梁箱梁断裂垮塌事故发生。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种桥梁箱梁健康状态监测系统及监测方法，包括主节点、从节点、后台主站；所述主节点、从节点通过微功率无线通信连接，主节点通过5g通信与后台主站通信连接；所述主节点、从节点均设置有振动激励源、振动检测装置，其固定设置在箱梁底部，与箱梁一起构成振动检测系统；振动激励源产生的振动经箱梁传递至振动检测装置，其振动传递函数是由箱梁的结构所决定，振动检测装置检测的振动曲线包含了振动激励源的振动信息和箱梁的结构信息，当振动激励源的振动方式、振幅及箱梁的结构保持不变时，振动检测装置检测的振动结果保持不变；当振动激励源的振动方式、振幅保持不变，而箱梁的结构发生变化时，振动检测装置检测的振动结果会随箱梁结构的变化而发生变化；通过对振动检测装置检测的曲线进行时域到频域的转换，提取谐振频率及振幅的相关信息，与原始记录信息进行对比，以及对谐振频率及振幅变化趋势性进行分析，实现对桥梁箱梁健康状态的监测。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种桥梁箱梁健康状态监测系统，包括现场装置、后台主站，所述现场装置通过5g通信与后台主站通信连接；

所述现场装置包括主节点、从节点，主节点数量一般为一个，从节点设置有若干个，其数量与被监测桥梁的箱梁数目相关；主节点、从节点通过微功率无线通信连接；其中主节点为控制节点，其控制其他所有从节点动作的执行，从节点接收主节点控制指令，进行箱梁振动检测、检测数据上传及启动安全警告装置等；

所述主节点包括数据集中装置、安全警告装置；所述数据集中装置包括数据集中器、振动激励源、振动检测装置；所述振动激励源、振动检测装置与数据集中器电性连接；所述安全警告装置与数据集中器机械、电性连接；所述从节点包括数据采集装置、安全警告装置；所述数据采集装置包括数据采集器、振动激励源、振动检测装置；所述振动激励源、振动检测装置与数据采集器电性连接；所述安全警告装置与数据采集器机械、电性连接；主节点与从节点相比，除数据集中器与数据采集器不同外，其他装置完全相同；数据集中器相比数据采集器，其设置有5g通信模块，可以与后台主站进行通信。

进一步的，所述数据集中器包括壳体，壳体内固定设置有集中器主控pcb板组合、电源转换存储模块、激励源电源模块、警告装置电源模块、蓄电池；所述壳体顶部固定设置有太阳能电池、微功率无线天线、5g天线；所述太阳能电池、电源转换存储模块、蓄电池之间顺序电性连接；所述蓄电池分别与集中器主控pcb板组合、激励源电源模块、警告装置电源模块之间电性连接；所述集中器主控pcb板组合分别与激励源电源模块、警告装置电源模块之间电性连接；其中集中器主控pcb板组合为数据集中器核心，其起着上、下行通信及控制功能；其中电源转换存储模块将太阳能电池生产的电能经电压转换后，对蓄电池进行充电；其中激励源电源模块在集中器主控pcb板组合的控制下，产生频率连续变化的脉冲波或正弦波，驱动振动激励源；其中警告装置电源模块在集中器主控pcb板组合的控制下，驱动安全警告装置动作。

所述集中器主控pcb板组合包括电源转换模块、m-bus主机芯片、单片机、flash存储芯片、微功率无线通信芯片、5g通信模块；所述电源转换模块输入端与蓄电池电性连接，其输出端分别与m-bus主机芯片、单片机、flash存储芯片、微功率无线通信芯片、5g通信模块电性连接；所述单片机分别与flash存储芯片、微功率无线通信芯片、5g通信模块、m-bus主机芯片电性连接；所述单片机还分别与激励源电源模块、警告装置电源模块电性连接；所述微功率无线通信芯片、5g通信模块分别与微功率无线天线、5g天线电性连接；数据集中器的单片机中设置有路由通信模块、从节点控制模块，可以发起、建立主节点与从节点间的微功率无线通信网络，以及控制各从节点有序进行箱梁数据采集。

进一步的，所述数据采集器包括壳体，壳体内固定设置有采集器主控pcb板组合、电源转换存储模块、激励源电源模块、警告装置电源模块、蓄电池；所述壳体顶部固定设置有太阳能电池、微功率无线天线；所述太阳能电池、电源转换存储模块、蓄电池之间顺序电性连接；所述蓄电池分别与采集器主控pcb板组合、激励源电源模块、警告装置电源模块之间电性连接；所述采集器主控pcb板组合分别与激励源电源模块、警告装置电源模块之间电性连接；其中采集器主控pcb板组合为数据采集器核心，其起着上行通信及控制功能；其中电源转换存储模块将太阳能电池生产的电能经电压转换后，对蓄电池进行充电；其中激励源电源模块在采集器主控pcb板组合的控制下，产生频率连续变化的脉冲波或正弦波，驱动振动激励源；其中警告装置电源模块在采集器主控pcb板组合的控制下，驱动安全警告装置动作；

所述采集器主控pcb板组合包括电源转换模块、m-bus主机芯片、单片机、flash存储芯片、微功率无线通信芯片；所述电源转换模块输入端与蓄电池电性连接，其输出端分别与m-bus主机芯片、单片机、flash存储芯片、微功率无线通信芯片连接；所述单片机分别与flash存储芯片、微功率无线通信芯片、m-bus主机芯片电性连接；所述单片机还分别与激励源电源模块、警告装置电源模块电性连接；所述微功率无线通信芯片与微功率无线天线电性连接。

进一步的，所述振动检测装置包括壳体，壳体内固定设置有振动检测pcb板组合；所述振动检测pcb板组合包括m-bus从机芯片、电源转换模块、单片机、flash存储芯片、振动传感器；所述m-bus从机芯片、电源转换模块之间电性连接；所述电源转换模块分别与单片机、flash存储芯片、振动传感器之间电性连接；所述单片机分别与m-bus从机芯片、flash存储芯片、振动传感器之间电性连接；振动检测装置用于检测箱梁在振动激励源的激励下产生的振动；所述振动检测装置通过m-bus总线与集中器主控pcb板组合或采集器主控pcb板组合连接，m-bus总线为两线制，不分正负极，同时具有为振动检测装置提供电源和双向通信功能；振动检测装置到的箱梁振动信息经m-bus总线传输至数据集中器或数据采集器。

进一步的，所述数据集中器内设置有红外通信模块，红外通信模块与集中器主控pcb板组合电性连接；使用红外通信掌机，通过红外通信模块与数据集中器进行通信，对数据集中器进行参数设置或其他操作。

进一步的，所述数据采集器内设置有红外通信模块，红外通信模块与采集器主控pcb板组合电性连接；使用红外通信掌机，通过红外通信模块与数据采集器进行通信，对数据采集器进行参数设置或其他操作。

进一步的，所述激励源为脉冲冲击振动激励源；脉冲冲击振动激励源具有较大输出功率，对桥梁的箱梁产生连续变频脉冲冲击，激励出箱梁的中、低阶谐振频率。

进一步的，所述激励源为超磁致振动发生器；超磁致振动发生器输出功率较小，对桥梁的箱梁产生频率连续变化的音频振动，激励出箱梁的中、高阶谐振频率。

进一步的，所述数据集中器包括壳体，壳体内还固定设置有转轴箱，转轴箱内转动设置有转轴，转轴上端部固定设置有连接法兰，转轴下部固定设置有位置指示块，对应指示块还固定设置有位置检测传感器，位置检测传感器与数据集中器的集中器主控pcb板组合电性连接；位置指示块与位置检测传感器配合，用于检测安全警告装置的转动位置，当安全警告装置转动到位后，位置指示块使位置检测传感器发出检测信号，控制安全警告装置停止转动；所述安全警告装置包括横杆；所述横杆一端部固定设置有长立杆，长立杆下端部固定设置有驱动小车，驱动小车设置有电机、行走轮，电机与数据集中器的警告装置电源模块电性连接；所述横杆另一端固定设置有短立杆，短立杆下端部固定设置有法兰，短立杆的法兰与转轴箱的转轴法兰通过螺栓、螺母固定连接；安全警告装置工作时，电机驱动行走轮转动，带动安全警告装置绕着转轴箱的转轴转动；所述横杆上固定设置有若干个安全警告指示牌，安全警告指示牌表面设置有反光膜、led指示灯，led指示灯与数据集中器的警告装置电源模块电性连接，反光膜、led指示灯用于提高安全警告装置在夜间的警示效果，当安全警告装置启动转动时，led指示灯以频闪方式点亮。

所述数据采集器包括壳体，壳体内还固定设置有转轴箱，转轴箱内转动设置有转轴，转轴上端部固定设置有连接法兰，转轴下部固定设置有位置指示块，对应指示块还固定设置有位置检测传感器，位置检测传感器与数据采集器的采集器主控pcb板组合电性连接；所述安全警告装置包括横杆；所述横杆一端部固定设置有长立杆，长立杆下端部固定设置有驱动小车，驱动小车设置有电机、行走轮，电机与数据采集器的警告装置电源模块电性连接；所述横杆另一端固定设置有短立杆，短立杆下端部固定设置有法兰，短立杆的法兰与转轴箱的转轴法兰通过螺栓、螺母固定连接；所述横杆上固定设置有若干个安全警告指示牌，安全警告指示牌表面设置有反光膜、led指示灯，led指示灯与数据采集器的警告装置电源模块电性连接，反光膜、led指示灯用于提高安全警告装置在夜间的警示效果，当安全警告装置启动转动时，led指示灯以频闪方式点亮。

一种基于桥梁箱梁健康状态监测系统的监测方法，其包括以下步骤：

s1、安装：所述主节点固定设置在桥梁中间位置的箱梁上，主节点与从节点通过微功率无线通信，且需要较高的通信速率，因此通信距离较短，为保证主节点与所有从节点的通信可靠性及通信效率，故将主节点固定设置在处于桥梁中间位置的箱梁上；距主节点较近的从节点，其两者之间直接通信；距主节点较远的从节点，其两者之间采用中继通信；当桥梁长度过长时，会设置多个主节点，每个主节点与其管理的从节点设置为一组现场装置，多个主节点有多组现场装置；为防止多组现场装置之间出现通信碰撞干扰，每组均设置为不同的通信频点；其中数据集中器固定设置在箱梁上部行驶车辆驶入端的右侧，振动激励源、振动检测装置分别固定设置在箱梁底部长度方向的三分之一和三分之二处，位于箱梁中轴线上；振动激励源、振动检测装置设置的位置是基于箱梁产生结构损坏可能性最大的位置在箱梁的中间而设定；振动激励源、振动检测装置固定设置在箱梁底部，与箱梁一起构成振动检测系统；振动激励源产生的振动经箱梁传递至振动检测装置，因振动激励源、振动检测装置质量相对桥梁箱梁的质量非常小，因此振动传递函数是由箱梁的结构所决定，振动检测装置检测到的振动曲线包含了振动激励源的振动信息和箱梁的结构信息，当振动激励源的振动方式、振幅及箱梁的结构保持不变时，振动检测装置检测的振动结果保持不变；当振动激励源的振动方式、振幅保持不变，而箱梁的结构发生变化时，振动检测装置检测的振动曲线会随箱梁结构的变化而发生变化，箱梁结构的变化将影响到桥梁箱梁的谐振频率、振幅及谐波发生变化；通过对振动检测装置检测的振动曲线通过快速傅里叶变换(fft)实现振动曲线从时域到频域的转换，在频域中谐振频率的振幅明显高于非谐振频率，因此非常容易识别；在频域中提取谐振频率及振幅的相关信息，与原始记录信息进行对比，以及对谐振频率及振幅变化趋势性进行分析，即可实现对桥梁箱梁健康状态的监测；在此补充说明：一、因该发明的桥梁箱梁健康状态监测系统的监测方法是用于对箱梁健康状况的监测，而并非对箱梁结构及振动模态的研究，因此只需在振动激励源的作用下，检测到箱梁固有的某阶或某几阶谐振频率即可，无需对箱梁所有谐振频率进行检测；二、对检测到的谐振频率及振幅的趋势时分析，是将谐振频率及振幅建立一个以频率为横坐标、振幅为纵坐标的坐标系，将检测到的谐振点频率及振幅以点的形式显示在坐标系中；随着采集数据的积累，会形成谐振点频率及振幅的点阵图；正常情况下，谐振点频率及振幅的点阵图为一族，近似为圆或椭圆(受季节影响)，对其拟合后为一点或一短线段；当箱梁结构发生变化时，如箱梁底部有裂纹发展时，点阵图的椭圆长轴会变长；当箱梁底部的裂纹延伸至箱梁底部预应力钢筋时，预应力钢筋会承受局部应力集中，最终甚至发生到一根或数根预应力钢筋的断裂，此时点阵图会出现分簇现象，对其拟合后出现两个或多个线段；对点阵图这些趋势性特征进行研判，得到桥梁箱梁的健康状况；三、随着对桥梁箱梁采集数据的积累，后期可以采用神经网络对桥梁箱梁的健康状况进行分析；所述安全警告装置的横杆一端通过短立杆下端的法兰、与数据集中器内转轴箱的转轴固定连接，另一端长立杆下端的驱动小车设置在箱梁上部路面上；正常情况下，安全警告装置的横杆与箱梁中轴线平行，停靠在箱梁的侧边；

所述从节点固定设置在桥梁其它的箱梁上，其中数据采集器固定设置在箱梁上部行驶车辆驶入端的右侧，振动激励源、振动检测装置分别固定设置在箱梁底部长度方向的三分之一和三分之二处，位于箱梁中轴线上；安全警告装置的横杆一端通过短立杆下端的法兰、与数据采集器内转轴箱的转轴固定连接，另一端长立杆下端的驱动小车设置在箱梁上部路面上；正常情况下，安全警告装置的横杆与箱梁中轴线平行；

s2、自动建立下行微功率无线通信网络：通过红外通信模块向数据集中器输入从节点的数量、中继通信距离、通信频点等下行通信参数；启动数据集中器，由其控制自动建立主节点与从节点间的下行微功率无线通信网络；主节点与从节点间的通信为微功率无线点对点直接通信网络或微功率无线中继网络通信网络，中继节点由主节点直接指定；

s3、箱梁初始数据采集：主节点、从节点安装、调试完成后，现场使用红外通信掌机通过红外通信模块启动数据集中器，或远程通过后台主站启动数据集中器；数据集中器通过微功率无线控制数据采集器，对其所对应箱梁进行箱梁初始数据采集，同时数据集中器也对其所对应的箱梁进行箱梁初始数据采集；在进行初始数据采集时，为防止相邻箱梁间产生振动干扰，采用箱梁间隔的方法进行初始数据采集；数据采集器、数据集中器采集得到各箱梁初始数据存储在各自的数据采集器及数据集中器中，进行数据处理；数据处理完成后，各数据采集器经微功率无线通信网络将箱梁初始数据及处理结果传输至数据集中器，数据集中器经5g通信将所有箱梁初始数据及处理结果传输至后台主站存储在数据库中；

s31、箱梁初始数据采集方法一：采集箱梁初始数据时，数据集中器或数据采集器控制振动激励源从1hz-100hz对箱梁进行脉冲冲击扫描，振动检测装置同步进行箱梁振动检测；振动检测装置检测得到的振动曲线传送至数据集中器或数据采集器进行快速傅里叶变换，得到箱梁初扫描中低阶谐振频率及幅值；以初扫描得到的箱梁中低阶谐振频率为中心点，前后各设置5hz为扫描范围，再次进行终扫描，最终得到箱梁终扫描中低阶谐振频率及幅值，终扫描的扫描精度高于初扫描；箱梁初始数据采集共进行32轮，根据32轮终扫描结果，计算箱梁异常的中低阶谐振频率及幅值的阈值，其计算公式如下：

其中：sf为谐振频率异常阈值；k1为修正系数；fi第i次测得的谐振频率；

为测得的32次谐振频率平均值；sa为谐振幅值异常阈值；k2为修正系数；ai第i次测得的谐振幅值；为测得的32次谐振幅值平均值；修正系数用于修正季节、天气等变化导致的检测结果漂移，k1、k2取值范围在2-5之间；

s32、箱梁初始数据采集方法二：采集箱梁初始数据时，数据集中器或数据采集器控制振动激励源从20hz-2000hz对箱梁进行振动扫描，振动检测装置同步进行箱梁振动检测；振动检测装置检测得到的振动曲线传送至数据集中器或数据采集器进行快速傅里叶变换，得到箱梁初扫描中高阶谐振频率及幅值；以初扫描得到的箱梁中高阶谐振频率为中心点，前后各设置50hz为扫描范围，再次进行终扫描，最终得到箱梁终扫描中高阶谐振频率及幅值，终扫描的扫描精度高于初扫描；箱梁初始数据采集共进行32轮，根据32轮终扫描结果，计算箱梁异常的中高阶谐振频率及幅值的阈值，其计算公式如下：

其中：sf为谐振频率异常阈值；k1为修正系数；fi第i次测得的谐振频率；

为测得的32次谐振频率平均值；sa为谐振幅值异常阈值；k2为修正系数；ai第i次测得的谐振幅值；为测得的32次谐振幅值平均值；

s4、箱梁健康状况检测：完成箱梁初始数据采集后，进入箱梁健康状况检测；箱梁健康状况检测在每日24点启动，数据集中器通过微功率无线控制数据采集器，对其所对应箱梁进行箱梁数据采集，同时数据集中器也对其所对应的箱梁进行箱梁数据采集；在进行箱梁健康状况检测时，对箱梁数据采集只进行一轮，得到箱梁的谐振频率f及谐振幅值a，根据以下公式对箱梁健康状况作出初步判断：

当时，判断为箱梁正常；

当时，判断为箱梁异常；

当时，判断为箱梁正常；

当时，判断为箱梁异常；

数据采集器、数据集中器采集得到各箱梁数据及计算结果存储在各自的数据采集器及数据集中器中，各数据采集器经微功率无线将箱梁数据及计算结果传输至数据集中器，数据集中器经5g通信将所有箱梁数据传输至后台主站存储在数据库中；

s5、箱梁异常时的处理：当检测到箱梁为异常状态时，异常状态箱梁对应的数据采集器或数据集中器通过数据集中器的5g通信发出启动安全警告装置请求，传输至后台主站；后台主站在接收到上传的箱梁异常数据时，通过后台主站设置的数据分析模块，对异常状态箱梁的谐振频率及振幅的历史数据进行趋势性分析，进一步判断异常状态箱梁当前的安全状况；当后台主站判断异常状态箱梁当前存在较大安全隐患，发出安全警告，由值班人员确认后，主站回复确认启动安全警告装置请求；异常状态箱梁对应的数据采集器或数据集中器控制启动安全警告装置，驱动小车的电机转动，驱动行走轮转动，使安全警告装置的横杆设置在箱梁的行车路面上，开启安全警告指示牌上设置的led指示灯，发出安全警告；同时后台主站发出警告，通知作业人员进行现场勘查。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开的一种桥梁箱梁健康状态监测系统及监测方法，包括主节点、从节点、后台主站；所述主节点、从节点通过微功率无线通信连接，主节点通过5g通信与后台主站通信连接；所述主节点、从节点均设置有振动激励源、振动检测装置，其固定设置在箱梁底部，与箱梁一起构成振动检测系统；振动激励源产生的振动经箱梁传递至振动检测装置，其振动传递函数是由箱梁的结构所决定，振动检测装置检测的振动曲线包含了振动激励源的振动信息和箱梁的结构信息，当振动激励源的振动方式、振幅及箱梁的结构保持不变时，振动检测装置检测的振动结果保持不变；当振动激励源的振动方式、振幅保持不变，而箱梁的结构发生变化时，振动检测装置检测的振动结果会随箱梁结构的变化而发生变化；通过对振动检测装置检测的曲线进行时域到频域的转换，提取谐振频率及振幅的相关信息，与原始记录信息进行对比，以及对谐振频率及振幅变化趋势性进行分析，实现对桥梁箱梁健康状态的监测；本发明的桥梁箱梁健康状态的监测系统填补了国内桥梁健康监测的空白。

附图说明

图1为桥梁箱梁健康状态监测系统示意图；

图2为主节点示意图；

图3为数据集中装置示意图；

图4为安全告警装置示意图；

图5为从节点示意图；

图6为数据采集装置示意图；

图7为数据集中器示意图；

图8为数据采集器示意图；

图9为集中器主控pcb板组合原理示意图；

图10为采集器主控pcb板组合原理示意图；

图11为振动检测pcb板组合原理示意图。

图中：1、主节点；1.1、数据集中装置；1.1.1、数据集中器；1.1.1.1、集中器主控pcb板组合；1.1.1.2、电源转换存储模块；1.1.1.3、激励源电源模块；1.1.1.4、警告装置电源模块；1.1.1.5、蓄电池；1.1.1.6、转轴箱；1.1.1.6.1、位置指示块；1.1.1.7、太阳能电池；1.1.1.8、微功率无线天线；1.1.1.9、5g天线；1.1.1.10、位置检测传感器；1.1.2、振动激励源；1.1.3、振动检测装置；1.1.3.1、振动检测pcb板组合；1.2、安全警告装置；1.2.1、横杆；1.2.2、长立杆；1.2.3、驱动小车；1.2.4、短立杆；1.2.5、安全警告指示牌；2、从节点；2.1、数据采集装置；2.1.1、数据采集器；2.1.1.1、采集器主控pcb板组合。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

一种桥梁箱梁健康状态监测系统，包括现场装置、后台主站，所述现场装置通过5g通信与后台主站通信连接；所述现场装置包括主节点1、从节点2，主节点1、从节点2通过微功率无线通信连接；所述主节点1包括数据集中装置1.1、安全警告装置1.2；所述数据集中装置1.1包括数据集中器1.1.1、振动激励源1.1.2、振动检测装置1.1.3；所述振动激励源1.1.2、振动检测装置1.1.3与数据集中器1.1.1通过电缆连接；所述安全警告装置1.2与数据集中器1.1.1通过法兰和电缆连接；

所述从节点2包括数据采集装置2.1、安全警告装置1.2；所述数据采集装置2.1包括数据采集器2.1.1、振动激励源1.1.2、振动检测装置1.1.3；所述所述振动激励源1.1.2、振动检测装置1.1.3与数据采集器2.1.1通过电缆连接；所述安全警告装置1.2与数据采集器2.1.1通过法兰和电缆连接；

所述数据集中器1.1.1包括壳体，壳体内固定设置有集中器主控pcb板组合1.1.1.1、电源转换存储模块1.1.1.2、激励源电源模块1.1.1.3、警告装置电源模块1.1.1.4、蓄电池1.1.1.5；所述壳体顶部固定设置有太阳能电池1.1.1.7、微功率无线天线1.1.1.8、5g天线1.1.1.9；所述太阳能电池1.1.1.7、电源转换存储模块1.1.1.2、蓄电池1.1.1.5之间通过电缆顺序连接；所述蓄电池1.1.1.5分别与集中器主控pcb板组合1.1.1.1、激励源电源模块1.1.1.3、警告装置电源模块1.1.1.4之间通过电缆连接；所述集中器主控pcb板组合1.1.1.1分别与激励源电源模块1.1.1.3、警告装置电源模块1.1.1.4之间通过电缆连接；

所述集中器主控pcb板组合1.1.1.1包括电源转换模块、m-bus主机芯片、单片机、flash存储芯片、微功率无线通信芯片、5g通信模块；所述电源转换模块输入端与蓄电池1.1.1.5通过电缆连接，其输出端分别与m-bus主机芯片、单片机、flash存储芯片、微功率无线通信芯片、5g通信模块导线连接；所述单片机分别与、flash存储芯片、微功率无线通信芯片、5g通信模块、m-bus主机芯片导线连接；所述单片机还分别与、激励源电源模块1.1.1.3、警告装置电源模块1.1.1.4通过电缆连接；所述微功率无线通信芯片、5g通信模块分别与微功率无线天线1.1.1.8、5g天线1.1.1.9通过同轴电缆连接；

所述数据采集器2.1.1包括壳体，壳体内固定设置有采集器主控pcb板组合2.1.1.1、电源转换存储模块1.1.1.2、激励源电源模块1.1.1.3、警告装置电源模块1.1.1.4、蓄电池1.1.1.5；所述壳体顶部固定设置有太阳能电池1.1.1.7、微功率无线天线1.1.1.8；所述太阳能电池1.1.1.7、电源转换存储模块1.1.1.2、蓄电池1.1.1.5之间通过电缆顺序连接；所述蓄电池1.1.1.5分别与采集器主控pcb板组合2.1.1.1、激励源电源模块1.1.1.3、警告装置电源模块1.1.1.4之间通过电缆连接；所述集中器主控pcb板组合1.1.1.1分别与激励源电源模块1.1.1.3、警告装置电源模块1.1.1.4之间通过电缆连接；

所述采集器主控pcb板组合2.1.1.1包括电源转换模块、m-bus主机芯片、单片机、flash存储芯片、微功率无线通信芯片；所述电源转换模块输入端与蓄电池1.1.1.5通过电缆连接，其输出端分别与m-bus主机芯片、单片机、flash存储芯片、微功率无线通信芯片导线连接；所述单片机分别与、flash存储芯片、微功率无线通信芯片、m-bus主机芯片导线连接；所述单片机还分别与、激励源电源模块1.1.1.3、警告装置电源模块1.1.1.4通过电缆连接；所述微功率无线通信芯片与微功率无线天线1.1.1.8通过同轴电缆连接；

所述振动检测装置1.1.3包括壳体，壳体内固定设置有振动检测pcb板组合1.1.3.1；所述振动检测pcb板组合1.1.3.1包括m-bus从机芯片、电源转换模块、单片机、flash存储芯片、振动传感器；所述m-bus从机芯片、电源转换模块之间导线连接；所述电源转换模块分别与单片机、flash存储芯片、振动传感器之间导线连接；所述单片机分别与m-bus从机芯片、flash存储芯片、振动传感器之间导线连接；

所述数据集中器1.1.1内设置有红外通信模块，红外通信模块与集中器主控pcb板组合1.1.1.1通过导线连接；

所述数据采集器2.1.1内设置有红外通信模块，红外通信模块与采集器主控pcb板组合2.1.1.1通过导线连接；

所述激励源1.1.2为脉冲冲击振动激励源；

所述数据集中器1.1.1壳体内还固定设置有转轴箱1.1.1.6，转轴箱1.1.1.6内转动设置有转轴，转轴上端部固定设置有连接法兰，转轴下部固定设置有位置指示块1.1.1.6.1；对应位置指示块1.1.1.6.1还固定设置有位置检测用接近开关，接近开关与数据集中器1.1.1通过导线连接；所述安全警告装置1.2包括横杆1.2.1；所述横杆1.2.1一端部固定设置有长立杆1.2.2，长立杆1.2.2下端部固定设置有驱动小车1.2.3，驱动小车1.2.3设置有电机、行走轮，电机与数据集中器1.1.1通过电缆连接；所述横杆1.2.1另一端固定设置有短立杆1.2.4，短立杆1.2.4下端部固定设置有法兰，短立杆1.2.4的法兰与转轴箱1.1.1.6转轴的法兰通过螺栓、螺母固定连接；所述横杆1.2.1上固定设置有3个安全警告指示牌1.2.5，安全警告指示牌1.2.5表面设置有反光膜、led指示灯，led指示灯为红色，led指示灯与数据集中器1.1.1的警告装置电源模块1.1.1.4通过电缆连接；

所述数据数据采集器2.1.1包括壳体，壳体内还固定设置有转轴箱1.1.1.6，转轴箱1.1.1.6内转动设置有转轴，转轴上端部固定设置有连接法兰，转轴下部固定设置有位置指示块1.1.1.6.1；对应位置指示块1.1.1.6.1还固定设置有接近开关，接近开关与数据采集器2.1.1通过导线连接；所述安全警告装置1.2包括横杆1.2.1；所述横杆1.2.1一端部固定设置有长立杆1.2.2，长立杆1.2.2下端部固定设置有驱动小车1.2.3，驱动小车1.2.3设置有电机、行走轮，电机与数据采集器2.1.1通过电缆连接；所述横杆1.2.1另一端固定设置有短立杆1.2.4，短立杆1.2.4下端部固定设置有法兰，短立杆1.2.4的法兰与转轴箱1.1.1.6的转轴法兰通过螺栓、螺母固定连接；所述横杆1.2.1上固定设置有3个安全警告指示牌1.2.5，安全警告指示牌1.2.5表面设置有反光膜、led指示灯，led指示灯为红色，led指示灯与数据采集器2.1.1的警告装置电源模块1.1.1.4通过电缆连接。

桥梁箱梁健康状态监测系统的监测方法，包括以下步骤：

安装：所述主节点1为一个，固定设置在桥梁处于中间位置的箱梁上，其中数据集中器1.1.1固定设置在箱梁上部行驶车辆驶入端的右侧，振动激励源1.1.2、振动检测装置1.1.3分别固定设置在箱梁底部长度方向的三分之一和三分之二处，位于箱梁中轴线上；安全警告装置1.2的横杆1.2.1一端通过短立杆1.2.4下端的法兰、与数据集中器1.1.1内转轴箱1.1.1.6的转轴法兰固定连接，另一端长立杆1.2.2下端的驱动小车1.2.3设置在箱梁上部路面上；正常情况下，安全警告装置1.2的横杆1.2.1与箱梁中轴线平行，停靠在箱梁侧边；所述从节点2固定设置在桥梁其它的箱梁上，其中数据采集器2.1.1固定设置在箱梁上部行驶车辆驶入端的右侧，振动激励源1.1.2、振动检测装置1.1.3分别固定设置在箱梁底部长度方向的三分之一和三分之二处，位于箱梁中轴线上；安全警告装置1.2的横杆1.2.1一端通过短立杆1.2.4下端的法兰、与数据采集器2.1.1转轴箱1.1.1.6的转轴固定连接，另一端长立杆1.2.2下端的驱动小车1.2.3设置在箱梁上部路面上；正常情况下，安全警告装置1.2的横杆1.2.1与箱梁中轴线平行，停靠在箱梁侧边；

自动建立下行微功率无线通信网络：通过红外通信模块向数据集中器1.1.1输入从节点2的数量、中继通信距离、通信频点等下行通信参数；启动数据集中器1.1.1，由其控制自动建立主节点1与从节点2间的下行微功率无线通信网络；当主节点1与所有从节点2间的通信距离较近时，通信为微功率无线点对点直接通信；当主节点1与部分从节点2间的通信距离较远而无法直接通信时，与主节点1较近的从节点2采用微功率无线点对点直接通信，部分从节点2采用微功率无线中继网络通信，中继节点由主节点1直接指定；

箱梁初始数据采集：使用红外通信掌机通过红外通信模块启动数据集中器1.1.1，数据集中器1.1.1通过微功率无线控制数据采集器2.1.1，对其所对应箱梁进行箱梁初始数据采集，同时数据集中器1.1.1也对其所对应的箱梁进行箱梁初始数据采集；数据采集器2.1.1、数据集中器1.1.1采集得到各箱梁初始数据存储在各自的数据采集器2.1.1及数据集中器1.1.1中，对数据进行计算分析；各数据采集器2.1.1经微功率无线将箱梁初始数据及分析计算结果传输至数据集中器1.1.1，数据集中器1.1.1经5g通信将所有箱梁初始数据机计算结果传输至后台主站存储在数据库中；

箱梁初始数据采集方法：采集箱梁初始数据时，数据集中器1.1.1或数据采集器2.1.1控制振动激励源1.1.2从1hz-100hz对箱梁进行30分钟脉冲冲击扫描，振动检测装置1.1.3同步进行箱梁振动检测；振动检测装置1.1.3检测得到的振动曲线传送至数据集中器1.1.1或数据采集器2.1.1，进行快速傅里叶变换，得到箱梁初扫描中低阶谐振频率及幅值；以初扫描得到的箱梁中低阶谐振频率为中心点，前后各设置5hz为扫描范围，再次进行10分钟终扫描，最终得到箱梁终扫描中低阶谐振频率及幅值；箱梁初始数据采集共进行32轮，根据32轮终扫描结果，计算箱梁异常的中高阶谐振频率及幅值的阈值，其计算公式如下：

其中：sf为谐振频率异常阈值；k1为修正系数；fi第i次测得的谐振频率；

为测得的32次谐振频率平均值；sa为谐振幅值异常阈值；k2为修正系数；ai第i次测得的谐振幅值；为测得的32次谐振幅值平均值；

箱梁健康状况检测：完成箱梁初始数据采集后，进入箱梁健康状况检测；箱梁健康状况检测在每日24点启动，数据集中器1.1.1通过微功率无线控制数据采集器2.1.1，对其所对应箱梁进行箱梁谐振数据采集，同时数据集中器1.1.1也对其所对应的箱梁进行箱梁谐振数据采集；在进行箱梁健康状况检测时，对箱梁谐振数据采集只进行一轮，得到箱梁的谐振频率f及谐振幅值a，根据以下公式对箱梁健康状况作出判断：

当时，判断为箱梁正常；

当时，判断为箱梁异常；

当时，判断为箱梁正常；

当时，判断为箱梁异常；

数据采集器2.1.1、数据集中器1.1.1采集得到各箱梁数据及计算结果存储在各自的数据采集器2.1.1及数据集中器1.1.1中，各数据采集器2.1.1经微功率无线将箱梁数据及计算分析结果传输至数据集中器1.1.1，数据集中器1.1.1经5g通信将所有箱梁数据及计算分析结果传输至后台主站存储在数据库中；

箱梁异常时的处理：当检测到箱梁为异常状态时，异常状态箱梁对应的数据采集器2.1.1或数据集中器1.1.1通过数据集中器1.1.1的5g通信向后台主站发出启动安全警告装置1.2请求；后台主站在接收到上传的箱梁异常数据时，通过后台主站设置的数据分析模块，对异常状态箱梁的谐振频率及振幅的历史数据进行趋势性分析，进一步判断异常状态箱梁当前的安全状况；当后台主站判断异常状态箱梁存在较大安全隐患，发出安全警告，由值班人员做出最终确认，并回复确认启动安全警告装置1.2请求；异常状态箱梁对应的数据采集器2.1.1或数据集中器1.1.1控制启动安全警告装置1.2驱动小车1.2.3的电机转动，驱动行走轮转动，使安全警告装置1.2的横杆1.2.1设置在箱梁的行车路面上，开启安全警告指示牌1.2.5上设置的led指示灯，发出安全警告，阻止行驶车辆通过；同时后台主站发出警告，通知作业人员进行现场勘查。

振动激励源1.1.2采用超磁致振动发生器，采集箱梁初始数据时，数据集中器1.1.1或数据采集器2.1.1控制超磁致振动发生器从20hz-2000hz对箱梁进行5分钟振动扫描，振动检测装置1.1.3同步进行箱梁振动检测；振动检测装置1.1.3检测得到的振动曲线传送至数据集中器1.1.1或数据采集器2.1.1进行快速傅里叶变换，得到箱梁初扫描中高阶谐振频率及幅值；以初扫描得到的箱梁中高阶谐振频率为中心点，前后各设置50hz为扫描范围，再次进行1分钟终扫描，最终得到箱梁终扫描中高阶谐振频率及幅值。

本发明未详述部分为现有技术。