一、项目概述

无线传感器网络与结构健康监测技术的结合，是目前结构健康监测领域研究与实践的一个发展趋势，颠覆传统的人工巡检方式。在桥梁、涵洞、高边坡、铁路等危险性较大的基础设施上布置无线传感器，对索张力、应力、支座位移、裂缝、沉降、倾斜、振动、撞击事件、基础沉降等关键点进行实时监测，通过物联网无线传感技术反馈回后方，利用人工智能分析算法模型进行大数据分析，可准确“预测”危险性较高的部位并提前预警。安装监测节点后，节省人力，同时监测的结果更精确。

低功耗核心芯片是构建无线传感器节点的基础。清华大学先后开展了“SOC低功耗电路与系统”、“低功耗无线通信SOC设计”、“基于非易失存储器件的低功耗无线传感网芯片与应用研究”、“无线传感器网络的低功耗技术”、“基于片上传感网的异构多核SOC低功耗设计与计算”和“中高速传感器网络核心芯片研发”等研究工作。我国基础设施建设取得了巨大成就，未来结构监测的经济和社会意义重大，清华大学在已有低功耗芯片和节点技术基础上，率先提出了基于无线传感网的大型桥梁结构监测系统，并于2012年在无锡蓉湖大桥上布设完成了当时世界上规模最大的基于无线传感器网络的桥梁监测系统。

基于无线传感网的结构监测系统具有以下技术优势：

1．应用精度自适应时间同步算法，同步精度达到10μs，大大优于常规桥梁监测要求的1-100ms，同步收敛速度优于传统100%以上，精度可调可自适应。

2．应用平均100μA（3V时）的低功耗传感器，工作寿命优于现有传感器达2-3倍以上，更能适应太阳能供电等非稳定性供能条件。

3．应用基于功率谱峰值突出预处理的索力算法，拉索基频解算精度为0.1%-1.0%FS，可全面替代传统索力传感器。

4．应用振弦类传感器动态采样方法，采样率5-100Hz，频率信号精度0.1-0.4Hz，突破了振弦类传感器数十年来仅可静态采样（采样率通常低于0.02Hz）的应用局限。

无线传感组网示意图（适用于单座桥梁监测）

基于无线传感网的桥梁结构监测系统已在河南郑州刘江黄河大桥、四川泸州长江大桥、泰安长江大桥等数10余座桥梁上实现了应用，成果获得了2016年度中国公路学会一等奖。

二、应用范围

本成果可应用于桥梁、轨道交通、隧道、边坡、水库大坝和古建筑物等基础设施领域的结构健康监测。

三、是否有知识产权/专利

本成果涉及6项授权专利。

四、团队介绍

团队负责人杨华中为清华大学电子工程系教授、博士生导师，教育部长江学者，主要研究方向为微系统（SOC）芯片的新结构、微系统芯片的综合验证和模拟及混合信号系统设计。在低电压低功耗电路、快速电路模拟和模拟集成电路设计、自动化电路方面取得了开创性成果，多项成果已经被工业界采用。发表学术论文400余篇，获得国家授权发明专利80余项。

五、合作方式

投融资/商务合作。

六、联系方式

清华海峡研究院科技创新部  电话0592-5776165

基于无线传感网的结构监测系统具有以下技术优势：

1．应用精度自适应时间同步算法，同步精度达到10μs，大大优于常规桥梁监测要求的1-100ms，同步收敛速度优于传统100%以上，精度可调可自适应。

2．应用平均100μA（3V时）的低功耗传感器，工作寿命优于现有传感器达2-3倍以上，更能适应太阳能供电等非稳定性供能条件。

3．应用基于功率谱峰值突出预处理的索力算法，拉索基频解算精度为0.1%-1.0%FS，可全面替代传统索力传感器。

4．应用振弦类传感器动态采样方法，采样率5-100Hz，频率信号精度0.1-0.4Hz，突破了振弦类传感器数十年来仅可静态采样（采样率通常低于0.02Hz）的应用局限。

团队负责人杨华中为清华大学电子工程系教授、博士生导师，教育部长江学者，主要研究方向为微系统（SOC）芯片的新结构、微系统芯片的综合验证和模拟及混合信号系统设计。在低电压低功耗电路、快速电路模拟和模拟集成电路设计、自动化电路方面取得了开创性成果，多项成果已经被工业界采用。发表学术论文400余篇，获得国家授权发明专利80余项。

基于无线传感网的桥梁结构监测系统已在河南郑州刘江黄河大桥、四川泸州长江大桥、泰安长江大桥等数10余座桥梁上实现了应用，成果获得了2016年度中国公路学会一等奖。