德雷塞尔大学工程学院的研究人员开发出了一种太阳能供电、无线感应器系统，可以持续监测桥梁变形，并在桥梁性能显著恶化时向有关部门发出警报。根据美国土木工程师协会的数据，全国有46,000多座桥梁被认为处于糟糕的状态，如此系统不仅可以成为重要的安全措施，而且有助于分流维修和保养工作。

该系统由普渡大学工程学院的研究人员Ivan Bartoli博士、Mustafa Furkan博士、Fei Lu博士和该学院的博士生Yao Wang撰写的一篇文章在IEEE工业电子学的新兴与精选主题杂志上发表。该系统可以测量桥梁变形并连续运行，其用电是由光伏发电提供的。

“美国有很多老化基础设施，我们需要一种方法24/7密切关注这些关键资产，“ 巴尔托利（Bartoli）说道，他领导工程学院的智能基础设施联盟。“这是一个紧迫的需求，不仅是为了防止灾难性和常常悲惨的故障，更要了解哪些桥梁应该优先进行维护和更换，以便我们能够高效而可持续地处理基础设施的保护和改善。“

美国超过617,000座桥梁中有超过40%已经超过50岁。尽管它们是经过耐久的建造，但它们也必须经常检查——根据在学院土木、建筑和环境工程系担任教授的巴托利所说，每两年检查一次。他说，目前的做法是进行视觉检查，在少数情况下，只监测被认为是“有问题的结构”的桥梁。

但是，根据ASCE的“美国基础设施报告卡”，需要关注的桥梁数量正在增加。像德雷塞尔这样的系统可以帮助联邦机构和检查员应对挑战，并减少随着新桥的建造而进行检查的总需求。

他们的无线位移传感器由太阳能光伏电池、一种称为位移电位器的变形测量装置和一个监测接口收发器组成。这三个部件都安装在桥上，不断地测量桥的变形情况，并将该信息传输到远程监测站。随着车辆通过桥梁，传感器可以持续地进行测量。

位移电位器是一种小巧、坚固、轻便的设备，安装在桥梁的梁上。它测量梁的位移或运动，当车辆从上面经过时，桥梁会暂时变形。这种变形模式的改变可以早期指示结构问题。

由于该系统从太阳能电池和备用电池获得电力，因此可以在桥上安装多个电位器而无需布线。该系统可以容纳许多不同类型的传感器，用于监测桥梁的运动，例如加速度、倾斜和位移等。将多种传感器集成到系统中可以提供更全面的桥梁健康状况。

这个系统的主要优势在于可以省去成百上千英尺的昂贵电缆，这些电缆容易受损，需要在安装过程中小心处理，并增加传感系统的整体成本，"Bartoli说。 "另一个优点是，通过一个无线平台，我们可以同时读取许多不同类型的传感器，不仅包括位移传感器，还包括加速度计、倾斜计和应变计。"

德雷塞尔大学电气与计算机工程系的一组电气工程师设计了该系统的电源，并在所有气候条件下进行了耐久性和耐用性的优化。它包括一个21.8x35厘米，10瓦的光伏电池和一个大容量的14.8伏锂离子电池来存储和分配收集到的能量。他们在实验室和宾夕法尼亚州冬季的户外进行了测试，以确保在最具挑战性的天气条件下仍能提供电源。

“我们希望确保传感器能够在整个白天持续地进行测量并传输数据，因此我们使用了大容量电池，以便它可以为系统提供足够的电力，来应对夜间或长时间的阴天情况，”领导电源系统开发的王说道。“预期这种配置能够提供连续数年的不间断电源，并且电池即使在阴天或太阳能电池被禁用时也能够独立供电长达三周。”

该团队希望证明一个经济实惠、易于安装的传感器阵列足够坚固，能够经受住多年的自然环境考验，并且基本不需要维护，从而能够实现对许多桥梁的连续监测，而不仅仅是那些处于较差状态的桥梁。这种数据收集水平将有助于确定每座桥梁的“正常”结构行为，并在该行为出现意外变化时发出警报。

「这个传感器的目标是要能够无限期地持续工作，并且最大限度地减少或无需维护。」巴托利说道。「可靠、持续的监测确保这些结构物运作正常。它能够让我们获取桥上超载的数据以及大载荷造成的结构变形信息。它还能够让我们看到在环境因素（如风力和温度变化）的影响下，这些结构物是如何发生变形的，从而确保这些变形都在预期范围内。」

虽然该系统目前准备好进行部署，但团队计划通过添加其他类型的传感器并努力确定电源供应的全部寿命，继续在实验室中测试和完善它。