在全世界范围内时常发生由桥梁结构老化和损坏引起的坍塌事故。结构健康监测是一项有效的监测技术,它能够很大程度地降低桥梁倒塌事故带来的伤害甚至避免许多不必要的桥梁事故发生。桥梁变形监测是桥梁结构健康监测中的重要内容,因为桥梁的变形不仅反映了桥梁结构的刚度、承载能力和整体性等结构安全特性,还与行人和行车的舒适性等运营性能紧密相关。由于成功的监测工作都是建立在传感器准确地感应和传输数据信号的基础上,因此许多研究人员尝试在监测工作中应用由MEMS(Micro-ElectroMechanical-System,又称微电子机械系统)技术制造而成的具有低成本、小尺寸、高耐用性、低功耗和易于安装等优点的MEMS加速度计。为了探索MEMS加速度计在结构变形监测工作中的应用前景,本文对基于MEMS加速度计的倾角传感器(文中称为MEMS加速度倾角传感器)的变形监测工作进行研究,主要工作及成果如下:(1)论述了桥梁结构健康监测的意义与必要性,阐述了监测传感器在桥梁结构健康监测中的发展与应用。详细讨论并分析了桥梁变形监测的8种常用方法并对比论述了倾角法的特点与优势。对结构健康监测工作中MEMS加速度传感器的开发研究进行了介绍,总结了MEMS加速度传感器误差校准方法的研究现状。(2)具体介绍了3种常用的加速度传感器的工作原理并总结了一个加速度传感器选型方法。介绍了基于MEMS加速度倾角传感器的倾角变形监测方法及其理论和应用力学理论法或函数插值法求解倾角变形与其他变形之间的转换关系式的方法。在基于MEMS加速度倾角传感器和倾角法的动态变形监测工作的研究中,本研究阐述了动态变形监测结果的误差来源并提出了一种与传统的信号滤波处理方法不相同的算法来减少附加加速度的误差效应。(3)对MEMS加速度倾角传感器的开发工具进行了介绍,详细阐述了基于ADXL355 MEMS加速度计的倾角传感器的四大模块(加速度传感模块、无线传感模块、微处理器模块和能量供应模块)的硬件设计工作。完成了基于ADXL355 MEMS加速度计的倾角传感器的原理图设计并利用了Altium Designer开发设计平台完成了对应的印刷电路板设计。(4)对MEMS加速度倾角传感器的误差来源进行了详细分析并提出了一项改进的校准技术。在这项技术中,构建了一个单参数的数学模型用以直接校准相对倾角并设计了一种基于图像处理技术的方法来获取数学模型里的关键校准参数,令该校准技术能在现场测试中操作。与传统的六参数校准方法相比较,改进的校准技术具有以下优点:该技术易于实施,仅需要求解一个校准参数但却不影响校准结果的精度;校准设置简单,并且不涉及复杂的仪器。(5)进行了3个试验来实现以下目的:评估改进的校准技术的可行性;评估本研究设计的MEMS加速度倾角传感器和改进的校准技术的变形监测效果;测试本研究提出的基于MEMS加速度倾角传感器的动态倾角监测算法的可行性。试验表明:本研究所提出的改进的校准技术能显著降低倾角监测值中的比例误差效应;当本文设计的MEMS加速度倾角传感器与改进的校准技术配套使用时,其工作性能可以满足工程要求;本研究提出的基于MEMS加速度倾角传感器的动态倾角监测算法能够有效地减少附加加速度对倾角监测值产生的误差效应。