冻土区桥梁桩基监测传感器特性

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：传感器的量程、灵敏度、精度、分辨率、采样频率等技术特征需满足测量要求，实现对监测信号的采集。故传感器的稳定性、可靠性及对工作环境的适用性对长期监测特别重要。传感器的寿命通常比土木工程结构要短，所以在其工作寿命内更要注意耐久性保护。因此，传感器应尽量满足组网使用的要求。桥梁监测系统常用传感设备应满足稳定性与耐久性。

传感器的量程、灵敏度、精度、分辨率、采样频率等技术特征需满足测量要求，实现对监测信号的采集。高速列车通过桥梁时，易激起桥梁结构构件的高频振动，因此传感器必须具备足够高的采样频率。健康监测是长期的过程，通常需要十几年、几十年甚至更长的时间。传感器的工作环境在这漫长的时间里可能会发生意料不到的变化，因此要求传感器能经受住测量环境的变化，同时，尽可能选择成熟先进的传感器，以保证获取的信息真实可靠。故传感器的稳定性、可靠性及对工作环境的适用性对长期监测特别重要。

传感器的寿命通常比土木工程结构要短，所以在其工作寿命内更要注意耐久性保护。考虑到各种工作环境下传感器的耐久性，通常对外置式传感器采取适当的措施加以保护，对埋置式传感器宜设置备用测点。传感器输出的信号需经过调理器调解放大后才能被显示或记录，通常不同的传感器应具有相匹配的调理器，同时还要考虑对应这种传感器的数据输出方式与后续数据采集通信设备的相容性。扩展性主要从可持续的角度出发，力求传感器更换或升级方便。目前大部分传感器采样均需要独立通道，对于多个传感器采样通常选择多通道的数据采集设备。而数据采集设备的成本与通道数量基本成正比，因此数据采集设备较为昂贵，若采用转化器切换将降低采样频率及采样的同步性。因此，传感器应尽量满足组网使用的要求。

尽量选用同类型传感器为避免数据采集设备的复杂化，节省数采设备的开支，大部分主要传感器应尽量采用相同类型。主要为以下四个部分：

（1）传感器的一般技术特性

传感器的一般技术特性要满足测量需要，各种不同的传感器具体的要求都不一样。主要包括传感器能够测量的最大输入量与最小输入量之间的范围、精确度测量值与真值之间的符合程度、灵敏度、单位输入量所引起的输出值的变化量、分辨率及传感器输出量产生能观察出变化的最小被测值频率响应范围。测振传感器的频响范围要能覆盖被测结构物的频率范围其他要求，如传感器工作的温度范围、环境的相对湿度、其他干扰范围等。

（2）待测结构的要求

根据桥梁结构类型、工作条件、可能的破坏形式等确定相应的传感元件、尺寸大小、安装方式、布置位置和数量大小。

（3）传感器的稳定性、可靠性及对工作环境的鲁棒性

对于桥梁监测系统而言，其运行周期长达几年甚至几十年，在荷载变化、自然环境以及人为因素等影响下，传感器的工作环境较为恶劣，因此传感器的稳定可靠性以及对工作环境的适用性至关重要。在传感器的选择过程中，既要满足结构监测项目要求，还要求传感器系统自身具有对自然环境的防护作用，如能够抵御风、雨、雪、震动、温度、雷电、电磁场的干扰等。

（4）传感器与采集、通信等硬件设备的相容性

由传感器输出的信号一般要经过信号调理器的调理放大后才能被显示或记录，通常对于某一种传感器都有与之匹配的调理器。不同的调理器其信号输出的方式也不一样，有的直接在调理器上显示数字量，有的提供模拟量输出端口，有的提供数字量输出端口。通信软件可以将输出数据直接输入计算机。因此在选择传感器时就要考虑对应传感器的调理器数据输出方式是否与后续的数据采集设备与通信设备相匹配，或者更有利于系统功能的升级扩展。桥梁监测系统常用传感设备应满足稳定性与耐久性。可采用埋设式、附着式及大规模分布式的传感元件是桥梁健康监测系统的重要组成部分。实际工作中应根据不同结构形式、不同待测参数有针对性地选用传感器。

冻土区桥梁桩基监测传感器特性

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