橋梁監(jiān)測方案

1、橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)光纖儀器監(jiān)測子系統(tǒng)、振弦儀器監(jiān)測子系統(tǒng)北京基康科技有限公司目錄1、設(shè)計依據(jù)與目標(biāo)32、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測設(shè)計32.1 主航道橋42.1.1 梁部的監(jiān)測122.1.2 塔部監(jiān)測122.1.3 阻尼器變形監(jiān)測122.2 深水區(qū)105M連續(xù)梁122.2.1 連續(xù)梁結(jié)構(gòu)靜力監(jiān)測182.2.2 溫度監(jiān)測182.2.3 連續(xù)梁不均勻沉降變形192.3 各監(jiān)測項目技術(shù)要求192.3.1 主通航橋192.3.2 105m跨連續(xù)梁192.4 監(jiān)測儀器工程量193、監(jiān)測儀器選型203.1 選型依據(jù)203.1.1 光線光柵傳感器213.1.2 振弦傳感器243.2 應(yīng)變計263.3 溫度計263.4

2、位移計273.5 傾角計273.6 靜力水準(zhǔn)儀274、健康監(jiān)測子系統(tǒng)方274.1 光纖儀器采集子系統(tǒng)294.1.1 光纖儀器監(jiān)測子系統(tǒng)組成及功能294.1.2 本系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容及接入儀器304.1.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)設(shè)計314.1.4 現(xiàn)場采集設(shè)備配置314.1.5 光纖傳輸布線說明344.1.6 軟件說明354.1.7 光纖儀器采集子系統(tǒng)工程量清單364.1.8 方特點364.2 振弦儀器采集子系統(tǒng)設(shè)備選擇374.2.1 靜力水準(zhǔn)測量原理及結(jié)構(gòu)374.2.2 BGK-MICRO40型采集設(shè)備功能概述404.2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)設(shè)計414.2.4 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)414.2.5 BGK-M

3、ICRO采集軟件424.2.6 現(xiàn)場測控單元配置43444.2.7 振弦采集子系統(tǒng)工程量清單5、系統(tǒng)儀器設(shè)備安裝445.1 應(yīng)變計安裝445.2 溫度計安裝465.3 位移計安裝475.4 光纜敷設(shè)475.5 靜力水準(zhǔn)儀安裝485.6 傾角計安裝495.7 參考儀器安裝使用手冊496、系統(tǒng)測試與驗收496.1 系統(tǒng)儀器設(shè)備的測試496.2 系統(tǒng)驗收507、質(zhì)量保證與售后服務(wù)507.1 質(zhì)量保證服務(wù)承諾507.2 技術(shù)服務(wù)措施518、設(shè)備費用概算518.1 光纖光柵傳感器子系統(tǒng)518.2 振弦式傳感器子系統(tǒng)538.3 價格說明534橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案光纖儀器監(jiān)測子系統(tǒng)、振弦儀器監(jiān)測子系

4、統(tǒng)1、設(shè)計依據(jù)與目標(biāo)由于橋梁在運營期間會受到氣候、氧化、腐蝕或老化等因素的影響，及長期在恒載和活載的作用下遭受損壞，其強度和剛度會隨時間的增加而降低，這不僅影響了安全行車，也會使橋梁的使用壽命縮短。因此有必要在現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，設(shè)計集計算機(jī)通信及網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代傳感器檢測、監(jiān)測技術(shù)的，基于監(jiān)測、狀態(tài)分析評估和橋梁養(yǎng)護(hù)管理等方面的健康監(jiān)測系統(tǒng)，用以監(jiān)測和評估橋梁營運狀態(tài)，為養(yǎng)護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)。所建立的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)不同，它不僅要求在測試上具有快速大容量的信息采集與通訊能力，而且力求對結(jié)構(gòu)整體行為的實時監(jiān)控和對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評估。它通過對以下幾個方面進(jìn)行監(jiān)控： 橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)

5、境與交通條件下運營的物理與力學(xué)狀態(tài) 橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（阻尼器）和附屬設(shè)施（如振動控制元件）的工作狀態(tài) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性 大橋所處環(huán)境條件等等獲得對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，達(dá)到為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴(yán)重異常時觸發(fā)預(yù)警信號，為橋梁維護(hù)維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)的目的。2、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測設(shè)計為達(dá)到上述目標(biāo)，大橋在工程建設(shè)的同時，以主航道橋以及深水區(qū)105m跨連續(xù)梁橋為重點監(jiān)測段，以其中的主塔、箱梁為主要監(jiān)測對象，以結(jié)構(gòu)靜力、梁端轉(zhuǎn)角變形、結(jié)構(gòu)不均勻沉降以及結(jié)構(gòu)與環(huán)境溫度為重點監(jiān)測內(nèi)容，布設(shè)相應(yīng)的監(jiān)測儀器，建立起結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。具體監(jiān)測設(shè)計如下：2.1主航道橋?qū)χ骱降罉虻谋O(jiān)測包

6、括梁部的監(jiān)測和主塔監(jiān)測。詳細(xì)儀器布設(shè)見設(shè)計圖紙及各“截面監(jiān)測儀器布置圖”。9sxq£p&=*T:l.r.(_Lts二#蕓F矚SIS51a卓*imthp ;舞X里工箏器cr?1.1.1 梁部的監(jiān)測對箱梁的監(jiān)測包括箱梁結(jié)構(gòu)靜力、梁端轉(zhuǎn)角變形以及箱梁結(jié)構(gòu)與環(huán)境的溫度監(jiān)測，以主航道橋中跨處所在9號鋼箱梁為主監(jiān)測斷面，具體監(jiān)測布設(shè)如下圖1，詳細(xì)如下：1、結(jié)構(gòu)靜力監(jiān)測：按主航道橋結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算分析為依據(jù)，以主航道橋中跨處所在9號鋼箱梁為重點，共選擇5個觀測截面，分別在3、5、9、13、15鋼箱梁中間部位。其中在3、5、13、15鋼箱梁頂板和底板沿縱向各布設(shè)4支應(yīng)變計，以及溫補用溫度計4支。

7、9鋼箱梁則是在頂板和底板沿縱向各布設(shè)6支應(yīng)變計，另沿橫向各布設(shè)4支應(yīng)變計，頂板布設(shè)溫補用溫度計7支，底板布設(shè)溫補用溫度計5支，另外布設(shè)6支鋼溫度計以監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)本身溫度。2、溫度監(jiān)測：選擇在9鋼箱梁觀測斷面處，沿頂板、底板共布設(shè)18支溫度計，用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)溫度。另為監(jiān)測環(huán)境溫度，在箱梁外部布設(shè)1支氣溫計，在箱梁內(nèi)部空間布設(shè)2支氣溫計。3、橋梁轉(zhuǎn)角監(jiān)測：為監(jiān)測橋梁轉(zhuǎn)角變化情況，在主通航橋梁兩端各選擇一個觀測截面，每個觀測截面在橋的上下游側(cè)各布設(shè)1支位移計，共設(shè)4支位移計，監(jiān)測位移變形情況；另在橋的上下游側(cè)各布設(shè)1支傾角計，監(jiān)測橫向傾斜變化。1.1.2 塔部監(jiān)測以兩主塔為監(jiān)測對象，設(shè)計布設(shè)有結(jié)構(gòu)靜力和

8、溫度監(jiān)測儀器，具體如下：1、主塔靜力監(jiān)測：在兩混凝土主塔各布設(shè)一個觀測斷面，每個斷面沿縱向布設(shè)4支混凝土應(yīng)變計。2、溫度監(jiān)測：在兩混凝土主塔觀測斷面，每個斷面各布設(shè)8支溫度計，監(jiān)測結(jié)構(gòu)溫度。另為監(jiān)測環(huán)境溫度，選擇在其中一個主塔上，布設(shè)1支氣溫計。1.1.3 阻尼器變形監(jiān)測在兩主塔阻尼器上各布設(shè)一個觀測斷面，每個斷面在大橋上下游側(cè)各布設(shè)1支位移計，共布設(shè)4支位移計，監(jiān)測阻尼器在橋梁運行期間的變形情況。2.2 深水區(qū)105m連續(xù)梁除主航道橋的監(jiān)測外，還選擇深水區(qū)105m跨連續(xù)結(jié)合梁布設(shè)觀測儀器，對連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)靜力、溫度以及橋梁不均勻變形進(jìn)行監(jiān)測，主測斷面選擇布設(shè)在連續(xù)梁主跨跨中所在的8#箱梁，詳細(xì)

9、監(jiān)測儀器布設(shè)見設(shè)計圖紙“105m連續(xù)梁橋監(jiān)測儀器總布置圖”及各“截面?zhèn)鞲衅鞑贾脠D”。具體監(jiān)測布設(shè)如圖2，詳述如下：圖2105m連續(xù)梁監(jiān)測布置圖tmw擊上始，宮領(lǐng)titledAfi*11棚做i*ha«r-mitlLU償吐艇於魁曙擔(dān)魅甘asmmwj幅撲命7豹威2.2.1 連續(xù)梁結(jié)構(gòu)靜力監(jiān)測選擇在2#箱梁中間部位、3#、7#箱梁墩臺支點處以及8#箱梁的中間部位，布設(shè)應(yīng)變計對箱梁的靜力進(jìn)行監(jiān)測。這四個觀測截面所有布設(shè)的應(yīng)變計沿縱向布設(shè)，每個觀測斷面共布設(shè)8支應(yīng)變計，其中2支為混凝土應(yīng)變計，布設(shè)在頂板下部箱梁內(nèi)側(cè)，其余6支為鋼應(yīng)變計，布設(shè)在箱梁下部的鋼體內(nèi)側(cè)。在2#、3#、7#、8#箱梁上緊貼

10、度變計各布設(shè)8支溫度計用于溫度補償。8#箱梁除了布設(shè)的8支溫補用溫度計外，再加布3支鋼溫度計和3支碎溫度計，以監(jiān)測鋼體及混凝土溫度。2.2.2 溫度監(jiān)測為監(jiān)測箱梁結(jié)構(gòu)的溫度，在連續(xù)梁僅布設(shè)一個觀測斷面，該斷面選擇在連續(xù)梁主跨跨中的8#箱梁上，其中在頂部混凝土板的上面布設(shè)3支度計，下面布設(shè)2支溫度計，作溫補的同時也監(jiān)測混凝土溫度。在箱梁底部的鋼體上布設(shè)9支溫度計，監(jiān)測鋼體溫度，同時為應(yīng)變計作溫補。另為監(jiān)測環(huán)境溫度，在箱梁內(nèi)部布設(shè)1支氣溫計。2.2.3 連續(xù)梁不均勻沉降變形為監(jiān)測連續(xù)梁可能的不均勻沉降變形，選擇在連續(xù)梁每跨跨中及墩臺支點處，各布設(shè)一個沉降測點，采用靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行觀測，共布設(shè)一套該

11、監(jiān)測系統(tǒng)，共布設(shè)測點21個。2.3 各監(jiān)測項目技術(shù)要求針對上述各監(jiān)測項目的儀器，按本項目設(shè)計目標(biāo)的要求，對其測量范圍、測量精度以及測讀頻次，設(shè)計要求如下：2.3.1 主通航橋1、混凝土及鋼結(jié)構(gòu)靜力監(jiān)測的應(yīng)變計要求測量范圍至少2000小£,測量精度1仙e,采樣頻率為20Hz。2、混凝土及鋼結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測以及環(huán)境大氣溫度監(jiān)測的溫度計（氣溫計）要求測量范圍至少在-20C70C,測量精度0.2C,采樣頻率為1min/次。3、梁端轉(zhuǎn)角變形監(jiān)測用于梁端位移監(jiān)測的位移計，量程200mm，測量精度1mm，采樣頻率為20Hz。用于監(jiān)測梁端橫向傾斜的傾角計，量程±2°，測量精度0.1&

12、#176;，采樣頻率為10min/次。4、阻尼器位移監(jiān)測的位移計用于阻尼器位移監(jiān)測的位移計，量程200mm，測量精度1mm，采樣頻率為20Hz。2.3.2 105m跨連續(xù)梁1、混凝土及鋼結(jié)構(gòu)靜力監(jiān)測的應(yīng)變計要求測量范圍至少2000£,測量精度1仙e,采樣頻率為20Hz。2、混凝土及鋼結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測以及環(huán)境大氣溫度監(jiān)測的溫度計（氣溫計）要求測量范圍至少在-20C70C,測量精度0.2C,采樣頻率為1min/次。3、連續(xù)梁不均勻沉降監(jiān)測的靜力水準(zhǔn)儀要求測量范圍50mm測量精度為0.1mm采樣頻率為2次/天。2.4 監(jiān)測儀器工程量依據(jù)上述監(jiān)測設(shè)計布置，各部位布設(shè)的監(jiān)測儀器工程量清單如下表1。

13、表1-1主通航橋監(jiān)測儀器工程量清單序號監(jiān)測部位與監(jiān)測項目儀器名稱單位數(shù)量測點部位1梁部結(jié)構(gòu)靜力鋼縱向應(yīng)變計光纖光柵支44鋼箱梁內(nèi)部2鋼橫向應(yīng)變計光纖光柵支8鋼箱梁內(nèi)部3結(jié)構(gòu)及環(huán)境溫度鋼溫度計光纖光柵支50鋼箱梁內(nèi)部4大氣溫度計支3跨中橋面上方/箱梁內(nèi)腔5梁端轉(zhuǎn)角變形位移計光纖光柵支4梁端6傾#振弦支4梁端7塔部結(jié)構(gòu)靜力碎縱向應(yīng)變計光纖光柵支8塔碎內(nèi)部8結(jié)構(gòu)溫度碎溫度計光纖光柵支16塔碎內(nèi)部9環(huán)境溫度大氣溫度計支1塔碎內(nèi)部10阻尼器變形位移計光纖光柵支4阻尼器上表1-2深水區(qū)105m跨連續(xù)梁結(jié)合橋工程量清單序號監(jiān)測項目儀器名稱單位數(shù)量測點部位1結(jié)構(gòu)靜力鋼縱向應(yīng)變計光纖光柵支24箱梁內(nèi)部2碎縱向應(yīng)

14、變計光纖光柵支8箱梁內(nèi)部3結(jié)構(gòu)及環(huán)境溫度鋼溫度計光纖光柵支27箱梁內(nèi)部4碎溫度計光纖光柵支11主跨跨中5大氣溫度計支1主跨跨中6結(jié)構(gòu)變形靜力水準(zhǔn)儀振弦套21跨中/支點3、監(jiān)測儀器選型3.1 選型依據(jù)由于橋梁空間跨度大、約束點多、結(jié)構(gòu)變形復(fù)雜，為獲得反映整個橋梁健康狀態(tài)的參數(shù)，需要在橋梁的各個重要部位設(shè)計布設(shè)并安裝各種不同類型的傳感器。這些不同類型的傳感器離散的分布在橋梁上，組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，而要實時獲取這些傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，需要配套建立起自動采集系統(tǒng)，而比較各類采集系統(tǒng)，采用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是最適合工程需要的。另外由于橋梁空間跨度較大，經(jīng)常是幾百米甚至上千米，這就要求這個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有一定遠(yuǎn)

15、距離數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸能力。而且做為橋梁長期實時監(jiān)測系統(tǒng)，一般都要把該系統(tǒng)放置在離橋梁有些距離的橋梁監(jiān)控室，所以這就要求測試系統(tǒng)中的傳感器也需要有一定的遠(yuǎn)距離信號傳輸能力。3.1.1 光纖光柵傳感器光纖光柵（fiberBragggrating,FBG傳感器作為一種新型光纖傳感器，可以用來測量包括應(yīng)變、應(yīng)力、溫度、振動、壓力、電壓以及一些化學(xué)量等多個物理量，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。同時FBG專感器陣列可以實現(xiàn)分布式的傳感器網(wǎng)絡(luò)，對被測對象進(jìn)行多點測量，提取相關(guān)的信號，進(jìn)行狀態(tài)分析，達(dá)到示警以及故障診斷的目的，而且其傳輸距離可以達(dá)50多公里，能進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。光纖光柵傳感技術(shù)是利用傳感器內(nèi)部敏感元件光纖

16、光柵反射的光學(xué)頻譜對溫度、應(yīng)力的敏感特性，通過光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部各功能模塊完成對光纖光柵傳感器的輸入光源激勵/輸出光學(xué)頻譜分析和物理量換算，以圖表和數(shù)字方式給出各監(jiān)測點的溫度、應(yīng)變、位移、壓力等物理量信息。1、光纖光柵的制作。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性：即外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者折射率的永久性變化，用紫外激光直接寫入法在單模光纖（直徑為0.125mm-0.25mm的纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其實質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的濾光器或反射鏡。其制作方法如下圖3所示。外敵慫比!K圖3光纖光柵制作示意制作完成后的光纖光柵相當(dāng)于在普通光纖中形成了一段長度為10mmfc右的敏感區(qū)，可

17、以準(zhǔn)確感測溫度、應(yīng)力的變化。2、光纖光柵的工作原理。如下圖4所示。光纖光柵屬于反射型工作器件，當(dāng)光源發(fā)出的連續(xù)寬帶光通過傳輸光纖射入時，它與光場發(fā)生耦合作用，對該寬帶光有選擇地反射回相應(yīng)的一個窄帶光，并沿原傳輸光纖返回；其余寬帶光則直接透射過去。反射回的窄帶光的中心波長值隨著作用于光纖光柵的溫度和應(yīng)變的改變而線性變化，從而使光纖光柵成為性能優(yōu)異的溫度、應(yīng)變測量敏感元件。透射過去的剩余寬帶光可以繼續(xù)傳輸給其他具有不同中心波長的光纖光柵陣列，其中相應(yīng)中心波長的窄帶光系列將被逐一反射，全部沿原傳輸光纖返回。由此可實現(xiàn)多個光纖光柵傳感器的串接復(fù)用。寬帶入射光窄帶反射光剩余寬帶透射光光纖纖芯Core光纖

18、包層Cladding圖4光纖光柵工作原理示意光纖光柵的上述特性使之成為溫度、應(yīng)變、壓力、加速度、位移等物理量的優(yōu)異測量敏感元件，并且可以同時實現(xiàn)多個物理量的準(zhǔn)分布式測量，因此，光纖Bragg光柵成為大型結(jié)構(gòu)長期健康監(jiān)測的最佳選擇。其主要技術(shù)優(yōu)勢包括：容量大?？稍谝桓饫w上同時測量幾十個點的溫度、應(yīng)變、壓力、位移、振動等多種參量。單路光纖上可以制作多個光柵的能力可以對大型工程進(jìn)行分布式測量，其測量點多，測量范圍大。測量精度高。以光波長表征被測量，不受光源功率波動、光纖微彎效應(yīng)及耦合損耗等因素影響；精確的透射和反射特征(小誤差)使其更加準(zhǔn)確的反映了應(yīng)力、溫度等的變化。無零漂：出廠后不需要定期檢定，

19、系統(tǒng)維護(hù)成本很低；可靠性好、抗干擾能力強。光纖探測并直接進(jìn)行信號傳輸，現(xiàn)場不需供電，不受電磁及核輻射干擾；光纖光柵對被測信息用波長編碼，不受光源功率波動和光纖彎曲等因素引起的損耗的影響。傳感頭結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，適于各種應(yīng)用場合，便于安裝，尤其適合于埋入材料內(nèi)部構(gòu)成所謂的智能材料或結(jié)構(gòu)。長壽命?？闺姶鸥蓴_、抗腐蝕、能于惡劣的化學(xué)環(huán)境下工作。而基北京康儀器科技有限公司生產(chǎn)的光纖光柵傳感器采用獨特的切趾光柵技術(shù)，具與普通均勻光柵傳感器相比，性能更穩(wěn)定，出現(xiàn)意外光能量損耗過大時，仍能精確測量，不會誤報警，使各類傳感器用接鏈測量時更可靠，接入的儀器數(shù)量也更多。切趾(apodization)又叫變跡，就是

20、使光柵的折射率調(diào)制度中間高兩邊逐漸減小，其函數(shù)形式包括高斯函數(shù)、三角函數(shù)等等。兩類光柵光譜圖如下圖5所示。圖5-1均勻光柵光譜圖圖5-2切趾光柵光譜圖3.1.2 振弦傳感器振弦傳感器作為傳統(tǒng)監(jiān)測儀器一種，由美國于20世紀(jì)70年代中期發(fā)明并于80年代后期進(jìn)入中國，具特點是體積小精度高、長期穩(wěn)定性好；由于儀器全部采用不銹鋼制成，所以該類型的儀器適合于各種惡劣的環(huán)境并具有長達(dá)50年以上的設(shè)計壽命。振弦式儀器目前已經(jīng)成為國際、國內(nèi)上工程安全監(jiān)測的主流儀器。它相比于差阻式、電感式、電容式等類型傳感器，對儀器電纜的絕緣要求較低，甚至能在裸露電纜情況下仍可以準(zhǔn)確地測量，并且電纜引設(shè)距離一般能達(dá)到23km而信

21、號穩(wěn)定，除此之外，其還具有長期穩(wěn)定性好、便于實現(xiàn)自動化的特點，傳感器標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，能兼容到市場主流的自動化采集系統(tǒng)中，不足之處是實現(xiàn)動態(tài)測量成本過大而不被推薦。因此，在不需要動態(tài)測量的場合，振弦儀器是常規(guī)監(jiān)測儀器的首選產(chǎn)品之一。振弦工作原理如下圖6所示，振弦式儀器通是將固定在端塊或被測元件之間的鋼弦，通過測量張緊鋼弦的頻率變化來獲取鋼弦的張力/應(yīng)變等物理量，鋼弦的振動頻率與弦的張力之間的關(guān)系為:這里f -鋼弦的諧振頻率L鋼弦的長度m-鋼弦的質(zhì)量N鋼弦的張力。鋼弦N （張力）數(shù)據(jù)采 集設(shè)備彈簧或其它位移放大裝圖6振弦儀器工作原理示意實際工作過程是：讀數(shù)儀或數(shù)據(jù)采集裝置通過儀器電纜給傳感器產(chǎn)生一個

22、變頻的激勵信號，線圈產(chǎn)生的父變磁場使鋼弦產(chǎn)生振動。鋼弦振動后將切割磁力線使線圈產(chǎn)生感生電壓，具信號通過電纜反饋到處于接收狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集所接收，通過測量信號頻率而得到鋼弦的振動頻率。因此，振弦傳感器因輸出的頻率信號而適用于遠(yuǎn)距離傳輸。根據(jù)振弦諧振頻率與其受到的張力之間的關(guān)系表達(dá)式，可見鋼弦受到的張力的與其諧振頻率成非線性關(guān)系，但張力與諧振頻率的平方成線性關(guān)系，圖示如圖7,即：N4ml2f2如果令F=f2/1000,況4m12（線性系數(shù)），即有N=G<（F1-F0）這里N一張力變化量F。初始頻率模數(shù)（通過測量獲取）F1-當(dāng)前頻率模數(shù)（通過測量獲取G-儀器的線性系數(shù)（通過測量獲?。┳ⅲ河捎阡撓?/p>

23、長度1在受到張力作用下會產(chǎn)生變化，但這種變化相對于鋼弦初始始長度表現(xiàn)為無窮小量，故可忽略不計。但在對儀器進(jìn)行出廠檢驗時，其變化量已包含在線性系數(shù)G中O203040圖7鋼弦張力與諧振頻率及頻率模數(shù)的關(guān)系根據(jù)美國墾務(wù)局及陸軍工程師團(tuán)在數(shù)十座大壩長期使用弦式儀器的經(jīng)驗，美國基康公司（GEOKON為代表的弦式儀器專業(yè)制造商生產(chǎn)的儀器，具有令人滿足的長期穩(wěn)定性?；档拿恐д裣沂絻x器均由兩個傳感器構(gòu)成，即用于測量主要物理量（如應(yīng)力、應(yīng)變、壓力與位移等）振弦式傳感器與一個熱敏電阻溫度傳感器組成，即每支振弦式傳感器可兼測溫度并提供溫度補償?；谝陨戏治?，在本工程中選取的監(jiān)測儀器，需要動態(tài)測量的以光纖光柵傳感器

24、為主，其他選擇振弦儀器。具體選取的各類儀器主要技術(shù)指標(biāo)如下：3.2應(yīng)變計安裝在主通航橋及105m跨連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變計，選用BGK-FBG-400（H光纖光柵傳感器，其主要技術(shù)指標(biāo)為:測量范圍：2000以£精度：5£標(biāo)定距離：60mm使用溫度：-20C+80C安裝方式：焊接或螺孔安裝尺寸：60x20mm具體性能詳見光纖光柵應(yīng)變傳感器檢測報告3.3溫度計安裝在主通航橋及105m跨連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)上的溫度計以及用于監(jiān)測環(huán)境氣溫而設(shè)置的氣溫計，選用BGK-FBG-470（E光纖光柵傳感器，其主要技術(shù)指標(biāo)為：C1D測量范圍：-30C+80C精度：土0.5C耗散系數(shù)：23mw/C安裝方

25、式：埋入或粘附尺寸：小7X8mm具體性能詳見光纖光柵溫度傳感器檢測報告3.4位移計安裝在主通航橋梁端以及阻尼器部位的位移計，采用BGK-FBG-440Cffl光纖光柵傳感器，其主要技術(shù)指標(biāo)為：測量范圍：200mm精度：1mm使用溫度：-30C+80C3.5傾角計安裝在主通航橋梁端的傾角計，采用GK-6350型振弦傳感器，其主要技術(shù)指標(biāo)為：量程：土10°靈敏度：土10弧秒精度：土0.1%F.S.（優(yōu)于0.01°）溫度范圍：-20C50c3.5靜力水準(zhǔn)儀安裝在105m跨連續(xù)梁結(jié)合橋的靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)，其靜力水準(zhǔn)儀采用BGK-4675型振弦儀器，其主要技術(shù)指標(biāo)為：測量量程：50mm分

26、辨率：0.02%F.S.（最小）精度：±0.1%F.S.（優(yōu)于0.05mm溫度范圍：-20C+80C4、健康監(jiān)測子系統(tǒng)方案為及時對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與評估，達(dá)到為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況嚴(yán)重異常時觸發(fā)預(yù)警信號，為橋梁維護(hù)維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)的目的，需要在上述布設(shè)的監(jiān)測儀器基礎(chǔ)上，建立相應(yīng)的自動化采集系統(tǒng)，及時迅速掌握大橋的動態(tài)工況，及時發(fā)現(xiàn)并分析潛在的問題。自動化采集系統(tǒng)方案設(shè)計遵循如下原則：1、系統(tǒng)可靠、功能實用、組網(wǎng)合理、維護(hù)保養(yǎng)方便。2、系統(tǒng)應(yīng)具有開放性：采用國際主流技術(shù)和平臺，以適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展，使系統(tǒng)具有良好的縱向和橫向的兼容性，為系統(tǒng)集成預(yù)留有接口

27、。3、系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性：設(shè)備可方便地通過添加模塊，增加遠(yuǎn)程端口和本地端口數(shù)，為將來系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和接入新的分中心提供網(wǎng)絡(luò)接口。4、自動監(jiān)測儀器和系統(tǒng)必須正確反映建筑物的工作性態(tài)和不同時期的實時變化情況，儀器及系統(tǒng)性能要求低故障、高可靠性。系統(tǒng)建成后，必須是能夠長期穩(wěn)定運行的實用性系統(tǒng)。因而，對采集設(shè)備的選擇遵循：應(yīng)采用低故障率、高可靠性并經(jīng)過現(xiàn)場考驗的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備。采用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，降低故障率，提高準(zhǔn)確性和采集速度，擴(kuò)展性強。充分考慮防潮、防雷、抗干擾等技術(shù)措施，把由于自然、人為因素造成的系統(tǒng)損壞降至最低。采集軟件要簡單實用，功能強，容易操作，數(shù)據(jù)庫開放，能與第三方數(shù)據(jù)處理分析管理軟件兼

28、容。在高可靠性的基礎(chǔ)上選用先進(jìn)的系統(tǒng)，使建成后的系統(tǒng)達(dá)到國內(nèi)或國際先進(jìn)水平。而監(jiān)測自動化采集系統(tǒng)主要有集中式、分布式、混合式三種基本形式。各類型系統(tǒng)特點分述如下：集中式自動化監(jiān)測系統(tǒng)，是將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集自動化，數(shù)據(jù)運算處理自動化及資料異地傳輸均集中在專設(shè)的終端監(jiān)測室內(nèi)進(jìn)行。布設(shè)在各處的傳感器經(jīng)集線箱(或切換裝置)與觀測室內(nèi)采集裝置相連，通過集線箱切換對傳感器進(jìn)行巡測或選測。集線箱到采集裝置之間傳輸?shù)氖请娔M量，抗干擾能力較差，可靠性較低。而且不同的傳感器要用不同的集線箱和專用的測量設(shè)備。分布式自動化監(jiān)測系統(tǒng)，是一種分散采集、集中管理的結(jié)構(gòu)，是將MCU(MeasureandandControlUn

29、it)測量控制單元分布在傳感器附近，而MCU具有模擬量測量、A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)自動存儲和與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊等功能。每個測控單元可看作是頻率、脈沖、電壓、電阻等某種測量信號的獨立子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)彩集中控制，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)總線輸入上位計算機(jī)集中管理。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：測控單元就近傳感器，縮短了模擬量傳輸距離，由測控單元傳輸出去的都是數(shù)字量，即使一個子系統(tǒng)發(fā)生故障也不會影響整個系統(tǒng)運行?；旌鲜绞墙橛诩惺胶头植际街g的一種結(jié)構(gòu)模式。它具有分布式布置的外型，而采用集中方式進(jìn)行采集的系統(tǒng)。設(shè)置在傳感器附近的遙控轉(zhuǎn)換箱類似MCU，雖可匯集其周圍傳感器信號，但不具備MCU勺A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)存儲功能。其傳輸

30、的模擬信號匯于一條總線中，集中到監(jiān)控站進(jìn)行集中測量和A/D轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字量送入計算機(jī)進(jìn)行存貯處理。綜上所述，本工程自動化采集系統(tǒng)選用分布式結(jié)構(gòu)?；谝陨显瓌t以及監(jiān)測儀器選擇以及采樣頻率的要求，相應(yīng)建立其光纖儀器采集子系統(tǒng)和振弦儀器采集子系統(tǒng)，其采集設(shè)備及系統(tǒng)有關(guān)方案情況說明如下：4.1 光纖儀器采集子系統(tǒng)4.1.1 光纖儀器監(jiān)測子系統(tǒng)組成及功能本光纖儀器監(jiān)測子系統(tǒng)主要由光纖光柵傳感器系統(tǒng)、光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)、光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)、信息處理與分析軟件系統(tǒng)組成。各部分功能說明如下：1、光纖光柵傳感器系統(tǒng)該系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感技術(shù)，通過各種不同功能的光纖光柵傳感器，將被測的不同形式的物體

31、量（如應(yīng)變、溫度、位移等）轉(zhuǎn)變成光信號，直接通過光纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。本工程涉及的光纖光柵傳感器有：光纖光柵溫度傳感器，鋼表面及混凝土表面安裝的應(yīng)變計，光纖光柵位移傳感器。2、光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)該系統(tǒng)的功能是通過放置在監(jiān)控機(jī)房的光纖光柵傳感解調(diào)儀將光纖光柵傳感器經(jīng)光纜遠(yuǎn)程傳輸過來的光信號直接進(jìn)行解調(diào)，并以溫度、應(yīng)變、位移等物理量的方式，根據(jù)主工作站（或服務(wù)器）的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳或信息上報。3、光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)主要由主干傳輸光纜構(gòu)成，用于將橋梁監(jiān)測現(xiàn)場布設(shè)的光纖光柵傳感器網(wǎng)絡(luò)與橋梁監(jiān)控機(jī)房內(nèi)的光纖光柵解調(diào)儀系統(tǒng)進(jìn)行連接。4、信息處理及分析軟件系統(tǒng)該系統(tǒng)是安裝在監(jiān)控計算機(jī)上的軟件系統(tǒng)，用于收集、處理

32、、顯示和存儲各監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)和信息，為橋梁的安全運營與維護(hù)管理提供科學(xué)的決策依據(jù)和指導(dǎo)。5、系統(tǒng)的建成后可實現(xiàn)的目標(biāo)報告橋梁的工作溫度環(huán)境報告橋梁的主要結(jié)構(gòu)的實際內(nèi)力分布狀況為鑒別橋梁的主要結(jié)構(gòu)是否有損害，或累積性損壞提供決策依據(jù)給橋梁的營運管理和維修決策者提供橋梁的警告信息4.1.2 本系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容及接入儀器根據(jù)監(jiān)測設(shè)計，監(jiān)測區(qū)段為PM52-PM59的105m連續(xù)梁結(jié)合橋段以及PM59-PM64勺主航道橋段。監(jiān)測的內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)溫度（包括硅結(jié)構(gòu)溫度、鋼結(jié)構(gòu)溫度）、環(huán)境溫度（大氣溫度計）以及結(jié)構(gòu)靜力（鋼應(yīng)變、砼應(yīng)變）和結(jié)構(gòu)變形（梁端轉(zhuǎn)角變形、阻尼器變形）等。具體接入本系統(tǒng)的監(jiān)測儀器為：1、主

33、通航橋包括梁部以及塔部的監(jiān)測儀器，全部接入系統(tǒng)中，共計112支。其中：箱梁。共計布設(shè)106支，詳述如下：1 ）用于鋼箱梁靜力監(jiān)測、布設(shè)在5個觀測截面的應(yīng)變計共計52支（其中縱向44支，橫向8支）；2）用于鋼箱梁結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測的溫度傳感器50支（同時也起到應(yīng)變計溫度補償?shù)淖饔茫?）用于監(jiān)測環(huán)境氣溫的大氣溫度計3支（非光柵溫度計）；4）梁端位移監(jiān)測的位移計4支（溫度自補償形）。主塔及阻尼器。共計布設(shè)28支，詳情如下：1）用于主塔混凝土結(jié)構(gòu)靜力監(jiān)測的應(yīng)變計8支；2）用于主塔混凝土結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測的溫度傳感器16支；3）用于環(huán)境溫度監(jiān)測的大氣溫度計1支（非光柵溫度計）；4）安裝在阻尼器上用于變形監(jiān)測的位移

34、計4支（溫度自補償形）。2、105ms夸連續(xù)梁結(jié)合橋接入系統(tǒng)的主要為箱梁的監(jiān)測儀器，共計70支，詳情如下：1）用于箱梁結(jié)構(gòu)靜力觀測的應(yīng)變計32支；2）用于箱梁結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測的溫度傳感器38支（同時也起到應(yīng)變計溫度補償?shù)淖饔茫?）用于環(huán)境溫度監(jiān)測的大氣溫度計1支（非光柵溫度計）。上述共計204支儀器全部接入光纖儀器監(jiān)測子系統(tǒng)中。4.1.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)設(shè)計本光纖儀器監(jiān)測子系統(tǒng)依據(jù)接入的儀器以及系統(tǒng)功能組成，設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下圖8所示。圖8光纖儀器采集子系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D4.1.4 現(xiàn)場采集設(shè)備配置光纖儀器采集子系統(tǒng)的現(xiàn)場采集設(shè)備即光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)，采用BGK-FBG-8300

35、型高速光纖光柵解調(diào)儀，其與各光纖光柵傳感器的連接即光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)采用專用重鎧直埋式單芯光纜作為主干光纜。1、BGK-FBG-830M高速光纖光柵解調(diào)儀功能特點BGK-FBG-8300®目前世界上最先進(jìn)的高速光纖光柵解調(diào)儀，也是世界上第一款能實現(xiàn)同步8通道320Hz,1000Hz動態(tài)測試的光纖傳感分析儀。該設(shè)備基于嵌入式設(shè)計，采用高速數(shù)字濾波技術(shù)，使系統(tǒng)穩(wěn)定性更好，精度更高，每個通道可可連接多個傳感器，輕松實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測。采用該光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)具有以下特點：具有更高的速度：可實現(xiàn)8通道320Hz同步測試（最高可達(dá)1kHz）;設(shè)備采用查詢式工作方式，可通過軟件控制硬件掃描，掃描頻率可

36、調(diào)，用戶可根據(jù)不同需要自行選擇掃描頻率；系統(tǒng)采用網(wǎng)口傳輸數(shù)據(jù)，真正做到長期穩(wěn)定監(jiān)測；采用實時動態(tài)校準(zhǔn)，通過高精度的波長標(biāo)準(zhǔn)具及光柵進(jìn)行校準(zhǔn)，保證系統(tǒng)的長期測試精度要求；分辨率小于1Pmi重復(fù)性2Pmi可為用戶提供內(nèi)部數(shù)據(jù)接口程序及數(shù)據(jù)翻譯軟件，在操作界面上有更大的自由度；設(shè)備采用精致堅固的外形設(shè)計，便于攜帶，又能很好地適應(yīng)惡劣野外環(huán)境；系統(tǒng)也適合施工過程中的動態(tài)監(jiān)測。2、BGK-FBG-830（E高速光纖光柵解調(diào)儀主要技術(shù)指標(biāo)光學(xué)指標(biāo)通道數(shù)8每通道最大FBG傳感器數(shù)量20波長范圍15251565nm絕對精度+3pm分辨率1pm典型FBG間隔0.5nm掃描頻率320Hz、1000Hz（范圍內(nèi)可選

37、）動態(tài)范圍>15dB光學(xué)接頭FC/APCFBG要求切趾，邊模15dB電器特性電源110VAC/220VAC（手動可選）接口以太網(wǎng)口機(jī)械特性尺寸295X291X116mm工作溫度5453、設(shè)備配置依據(jù)BGK-FBG-830cs高速光纖光柵解調(diào)儀的性能容量，以及系統(tǒng)接入的傳感器數(shù)量和分布情況，本系統(tǒng)配置兩臺該型號的高速光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀，預(yù)留一部分通道，作為擴(kuò)展使用。將兩臺光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀置于主通航橋設(shè)置的ST3機(jī)柜內(nèi)，將監(jiān)控計算機(jī)安裝在ST3機(jī)柜內(nèi)。接入的傳感器情況如下表2。表2光纖光柵解調(diào)儀各通道接入儀器詳表序號監(jiān)測斷面位置傳感器類型數(shù)量分析儀編p通道備注1105m跨連續(xù)梁截面8鋼縱向

38、應(yīng)變計61#1碎縱向應(yīng)變計21#1碎溫度計51#2鋼溫度計91#2大氣溫度計1非光柵2105m跨連續(xù)梁截面7溫度計（補償）81#3鋼縱向應(yīng)變計61#3碎縱向應(yīng)變計21#33105m跨連續(xù)梁截面3鋼縱向應(yīng)變計61#4碎縱向應(yīng)變計21#4溫度計（補償）844105m跨連續(xù)梁截面2鋼縱向應(yīng)變計61#5碎縱向應(yīng)變計21#5溫度計（補償）81#55主通航橋截面1（梁端）位移計21#66主通航橋截卸3鋼縱向應(yīng)變計81#6溫度計（補償）81#67主通航橋截卸5鋼縱向應(yīng)變計81#7溫度計（補償）81#78阻尼器監(jiān)測儀器（PM61）位移計21#89主塔監(jiān)測儀器（PM61）碎縱向應(yīng)變計41#8碎溫度計81#8大氣

39、溫度計1非光柵10主通航橋截卸9鋼縱向應(yīng)變計122#1鋼溫度計182#2鋼橫向應(yīng)變計82#3大氣溫度計3非光柵11主塔監(jiān)測儀器（PM62）碎縱向應(yīng)變計42#4碎溫度計82#412阻尼器監(jiān)測儀器（PM62）位移計22#413主通航橋截面13鋼縱向應(yīng)變計82#5溫度計（補償）82#514主通航橋截卸15鋼縱向應(yīng)變計82#6溫度計（補償）82#615主通航橋截面17（梁端）位移計22#3無備用2#7無備用2#84.1.5 光纖傳輸布線說明本子系統(tǒng)設(shè)計沿著連續(xù)梁布設(shè)一條12芯主桿傳輸光纜，命名為1#主光纜,1#光纜與ST3機(jī)柜內(nèi)的1#光纖光柵分析儀相連。連續(xù)梁各截面上布設(shè)的傳感器由基康專用單芯鎧裝光纜

40、經(jīng)串聯(lián)后接入1#主光纜沿主航道橋的方向鋪設(shè)一條主干通信光纜，即2#主光纜，同樣選用12芯的重鎧光纜。2#光纜由主通航橋截面1及17（梁端）開始，通往ST3機(jī)柜內(nèi)的2#光纖光柵分析儀。將主通航橋各截面?zhèn)鞲衅鞔B起來，接入主干光纜，再通過主干光纜將光信號傳輸給光纖光柵分析儀。各通道串連傳感器，使用基康專用單芯鎧裝光纜。主干光纜使用其中8芯，預(yù)留4芯備用，兩臺光纖光柵分析儀通過以太網(wǎng)接入主控計算機(jī)。以下是光纜的連接布線圖:圖9波長視圖4.1.6 軟件說明為BGK-FBG-830卵高速光纖光柵解調(diào)儀配置的監(jiān)控軟件，基于windows操作系統(tǒng)開發(fā)，界面友好實用。常用軟件視圖及功能說明如下（不僅限于此）：

41、波長視圖。將對應(yīng)每個傳感器的波長值、功率值以數(shù)字表格形式顯示。同時顯示所有傳感器的波長一功率曲線。如圖9所示。應(yīng)力溫度視圖。顯示每個傳感器的原始波長、當(dāng)前波長、波長變化量、應(yīng)變系數(shù)、溫度系數(shù)、應(yīng)變量以及溫度變化量，簡明直觀。同時應(yīng)變系數(shù)、溫度系數(shù)可調(diào)，便于校準(zhǔn)。其他儀器具有類似視圖。如圖10所示。動態(tài)視圖?？蛇x某個傳感器進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，顯示波長-時間曲線。掃描速率和掃描次數(shù)可由用戶設(shè)置。如圖11所示。數(shù)據(jù)分析查詢視圖，可隨時對保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析，并將分析曲線顯示在屏幕上，同時可直接對此分析曲線進(jìn)行打印輸出。如圖12所示。圖10 應(yīng)力溫度視圖圖11動態(tài)視圖圖12數(shù)據(jù)分析查詢視圖4.1.7 光纖

42、儀器采集子系統(tǒng)工程量清單依據(jù)上述方案設(shè)計，光纖儀器自動采集子系統(tǒng)的儀器設(shè)備工程量清單見表3表3光纖儀器采集子系統(tǒng)儀器設(shè)備工程量表序號儀器設(shè)備名稱單位數(shù)量規(guī)格說明1光纖光柵應(yīng)變計支92BGK-FBG-40002光纖光柵溫度計支104BGK-FBG-47003光纖光柵位移計支8BGK-FBG-44004基康專用串接儀器光纜米1600鎧裝,W5通信光纜米200012芯重鎧光纜6光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀臺2BGK-FBG-8300,8通道7光纖熔結(jié)盒個25市購8光纖終端盒個3市購9監(jiān)控計算機(jī)臺1包括主機(jī)，顯示器10穩(wěn)壓電源臺3市購4.1.8方案特點綜合上述說明，本光纖儀器監(jiān)測子系統(tǒng)方案具有以下特點:1、準(zhǔn)分

43、布式全光測量及傳輸光纖光柵傳感器本身為無源器件，傳感信號的感測及傳送均為光信號，因而監(jiān)測現(xiàn)場沒有電子設(shè)備，不受電磁干擾，無系統(tǒng)零飄現(xiàn)象。2、測試精度高且具有準(zhǔn)確的測點空間定位能力光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)小巧且布設(shè)距離沒有限制，可以準(zhǔn)確定位各測點的空間位置。3、實時性好系統(tǒng)中所有監(jiān)測點的單次測量頻率均可滿足20Hz的要求。4、系統(tǒng)安裝及長期使用過程中無需標(biāo)定光纖光柵本質(zhì)穩(wěn)定，不存在零點漂移。由于光纖光柵采用光中心波長表征溫度測量值，屬于數(shù)字量，光源的老化衰減及傳輸光纖布設(shè)、使用過程中由于彎曲、擾動而引入的光信號衰減不影響測量精度。光傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀無可動部件，長期使用無需標(biāo)定。5、高可靠性每條傳感鏈的首

44、端及尾端均通過接頭引出，正常工作過程中只需將首端接頭連接到監(jiān)控機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)分析儀上即可實現(xiàn)所有測點的遠(yuǎn)程自動監(jiān)測。一旦施工或使用過程中由于不可抗拒因素導(dǎo)致傳感鏈斷損，可以將該傳感鏈對應(yīng)的尾端接頭連接到監(jiān)控機(jī)房分析儀，此時該傳感鏈的所有傳感器以斷點為界分別經(jīng)由首端接頭和尾端接頭將各自測量信號傳送給監(jiān)測站，實現(xiàn)傳感鏈的愈合。6、使用壽命長4.2 振弦儀器采集子系統(tǒng)設(shè)備選擇根據(jù)工程特點及設(shè)計的要求，振弦儀器自動化采集子系統(tǒng)采用BGK-MICRO40型分布式網(wǎng)絡(luò)測量采集設(shè)備。該子系統(tǒng)以105m連續(xù)梁橋的靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)為主，另對振弦傾角計設(shè)置一臺采集單元。以下以靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)為主進(jìn)行說明。4.2.1 靜力水準(zhǔn)

45、測量原理及結(jié)構(gòu)1、測量原理靜力水準(zhǔn)儀依據(jù)連通管原理的方法，用4675型振弦傳感器，測量每個測點容器內(nèi)液面的相對變化，再通過計算求得各點相對于基點的相對沉降變形量。原理說明如下：如下圖12所示，被測建筑物共布設(shè)有10個測點，1號點為相對基準(zhǔn)點，初始狀態(tài)時各測量安裝高程相對與(基準(zhǔn))參考高程面H0間的距離則為：Y01、Y02Y0i-Y10(i為測點代號1=1,210);各測點安裝高程與液面間的距離則為h01、h02、h0i-h10則有:Y01+h01=Y02+h02=Y0i+h0i=Y13h10(1)初始狀態(tài)sz(圖12靜力水準(zhǔn)測量原理示意圖當(dāng)發(fā)生不均勻沉陷后，設(shè)各測點安裝高程相對于基準(zhǔn)參考高程面

46、H0的變化量為:Ahj1、Ahj2AhjiAhj10(j為測次代號，j=1,2,3);各測點容器內(nèi)液面相對于安裝高程的距離為hj1、hj2、h、hj100由圖可得：(Y01+Ahj1)+hj1=(Y02+Ahj2)+hj2=(Y0i+Ahji)+hji=(Y10+Ahj10)+hj10(2)則j次測量i點相對于基準(zhǔn)點1的相對沉陷量Hi1Hi1=Ahji-Ahj1(3)由(2)式可得：Ahj1-Ahji=(Y0i+hji)(Y01+hj1)=(Y0i-Y01)+(hji-hj1).由(1)式可得：(Y0iY01)=(h0i+h01)(5)將(5)式代入(4)得：Hi1=(hji-hj1)-(h0

47、i-h01).(6)即只要用振弦傳感器測得任意時刻各測點容器內(nèi)液面相對于該點安裝高程的距離hji(含hj1及首次的h0i),則可求得該時刻各點相對于基準(zhǔn)點1的相對高程差。如把任意點g(1,2,i)做為相對基準(zhǔn)點，將f測次做為參考測次，則按(6)式同樣可求出任意測點相對g測點(以f測次為基準(zhǔn)值)的相對高程差Hij：Hig=(hij-hig)-(hfj-hfg)(7)圖13靜力水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)圖2、儀器結(jié)構(gòu)如圖13所示，儀器由主體容器、連通管(通液管和通氣管)、振弦傳感器等部分組成。4675型靜力水準(zhǔn)儀是采用振弦式傳感器配合浮筒來測量水位變化的。儀器的上部安裝有振弦式力傳感器，浮筒懸掛在傳感器上，當(dāng)儀器

48、主體安裝墩發(fā)生高程變化時，通過支座安裝在墩上的主體容體相對于位置產(chǎn)生液面變化，即浮筒周圍的水位產(chǎn)生了變化，浮筒受到的浮力變化將導(dǎo)致振弦傳感器張力產(chǎn)生變化，通過測量振弦的頻率變化即可獲取水位的變化，從而引計算得測點的相對沉陷。4.2.2 BGK-MICRO40型采集設(shè)備功能概述BGK-MICRO40型分布式網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)（以下簡稱測量系統(tǒng)），是基康儀器（北京）有限公司利用最新的電子測量技術(shù)推出的用于工程安全自動化測量的新一代產(chǎn)品。系統(tǒng)基于WINDOWS98/2000/NT/Me作平臺，集用戶管理、測量管理、數(shù)據(jù)管理、通訊管理于一身，為工程安全的自動化測量及數(shù)據(jù)處理提供了極大的方便和有力的支持。測量

49、系統(tǒng)由計算機(jī)（安裝BGK-MICROe全監(jiān)測系統(tǒng)軟件）、BGK-MICRO-MCU布式網(wǎng)絡(luò)測量單元（內(nèi)置BGK-MICR保列測量模塊）、智能式儀器（可獨立作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的儀器）等組成，可完成各類工程安全監(jiān)測儀器的自動測量、數(shù)據(jù)處理、圖表制作、異常測值報警等工作。測量系統(tǒng)的電源、通訊線路設(shè)計有抗雷擊1500W抗瞬變干擾措施，傳感器輸入口設(shè)計有抗雷電感應(yīng)、抗瞬變干擾措施，測量單元在雷電、電源田級瞬變干擾、8KV靜電放電的條件下可正常工作；測量系統(tǒng)具有測量精度高、測值穩(wěn)定的特點，滿足混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范對各類儀器的測量要求；測量系統(tǒng)可接入差動電阻式、振弦式、標(biāo)準(zhǔn)電流電壓信號、智能式等各種儀器；測量

50、系統(tǒng)能通過專線、無線、光纖、電話線等多種通訊介質(zhì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，適應(yīng)各種通訊要求；測量系統(tǒng)設(shè)計有完善的自檢功能，能夠正確反饋網(wǎng)絡(luò)的配置信息，每個單元的工況。測量單元具有使用方便、易維護(hù)、易擴(kuò)展等特點，可構(gòu)建成滿足大、中、小各種工程需要的測量系統(tǒng)，系統(tǒng)對可接入的儀器類型、儀器數(shù)量沒有限制；測量單元采用了最新的大規(guī)模集成電路，體積小、價格低、性能優(yōu)，每個測量單元可接入的儀器數(shù)量多；測量單元設(shè)計有專門的電源管理系統(tǒng)，可使用220VAC12V18VD*供電電源。內(nèi)置6V可充電免維護(hù)電池，在外部供電電源中斷的情況下可繼續(xù)正常工作；測量單元設(shè)計有實時時鐘和掉電保護(hù)數(shù)據(jù)存儲器，能按多種定時方式和實時方式進(jìn)行自

51、動測量，真正實現(xiàn)了無人值守功能；測量單元配置的BGK-MICRO1列模塊采用智能化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，具有設(shè)置靈活、通用性好、安裝維護(hù)方便等特點。4.2.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，建立起一個符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范、滿足橋梁結(jié)構(gòu)正常安全運行需要、高效、可靠、方便的自動化健康監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)控計算機(jī)上安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件，通過RS485通訊電纜，和智能采集單元(MCU通信。具向上通過光纖網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心管理主機(jī)連接，詳見系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，如圖14。光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)穩(wěn)壓電源RS485!訊線監(jiān)控計算機(jī)監(jiān)控機(jī)房現(xiàn)場采集單元說明：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)光纖系統(tǒng)不在本方案內(nèi)圖14靜力水準(zhǔn)自動采集子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的說明：(1)在監(jiān)測區(qū)段，智能采集單元通過RS485通信線與監(jiān)控計算機(jī)連接。(2)本靜力水準(zhǔn)采集子系統(tǒng)方案中僅需采用一臺BGK-MICRO-4型測控單元，配置2個擴(kuò)展模塊，提供24個測量通道，納入系統(tǒng)中的21支傳感器、占用21個測量通道。(3)綜合系統(tǒng)各單元距離以及傳感器本身具有一定遠(yuǎn)距傳輸信號能力，不需要另配其他中繼模塊，保證系統(tǒng)的可靠性。4.2.4設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)(1)最大通道容量：BGK-MICRO-MM量模塊：8;BGK-MICRO-CH展模塊：8（2）測量精度：頻率：±0.051Hz（振弦式）溫度：0.1（振弦式）電阻比<0.00