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桥梁结构安全监测系统

      本方案拟对某大桥桥梁结构安装相应的温度、应变、应力传感器,同时进行组网,系统以光纤通讯与桥梁管理部门的计算机相连,在中心监控室进行监测,以达到远程实时采集监测数据的目的。通过数据分析后可以得出结构和材料特性随时间的变化状况。整个系统结构框图见图1

 

     光纤光栅是利用光纤材料的光敏性:即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的永久性变化,用紫外激光直接写入法在单模光纤的纤光纤光栅是利用光纤材料的光敏性:即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的永久性变化,用紫外激光直接写入法在单模光纤的纤芯内形成的空间相位光栅,其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。其制作方法如图2所示:



图2 光纤光栅原理图

     光纤光栅传感器是用光纤光栅制成的一种新型光纤传感器。光纤光栅是20世纪90年代发展起来的一种新型全光纤无源器件,它具有体积小、重量轻、与光纤兼容、插入损耗低、性能长期稳定性好等特点。利用光纤光栅制成多种传感器如温度、应变、加速度等传感器。不同的光纤光栅传感器可具有不同的工作波长,因此可以利用波分复用技术,在一根光纤级联多个不同类型的光纤光栅传感器作分布式测量。
光纤光栅传感器主要特点:
(1)多个不同类型的传感器可以在一条光纤上串接复用,构成传感器阵列,实现多参量的准分布式实时测量
(2)施工方便,潜在故障点大大低于传统技术,可维护性强
(3)全光测量,在监测现场无电气设备,不受电磁及核辐射干扰
(4)以反射光的中心波长表征被测量,不受光源功率波动、光纤微弯效应及耦合损耗等因素的影响
(5)绝对量测量,系统安装及长期使用过程中无需定标
(6)使用寿命长
(7)光纤传输线路具有自愈功能,可靠性高

桥梁结构位移变形监测,对该桥重点考虑桥梁线形(沉降)和梁端位移的监测。

主梁应力监测
    采用光纤光栅应变传感器监测主梁的应力。
索塔应力监测
    采用光纤光栅应变传感器监测主塔的应力。
桥梁动力特性及振动水平的监测
    桥梁动力特性系数(频率、振型和阻尼等)在振动水平(振动强度和幅值)是桥梁整体安全的标志,桥梁质量的退化会引起结构振动特性的改变。
桥梁的裂缝监测
    对梁体发现裂缝的部位,根据受力和缝宽选取有代表性的裂缝进行裂缝开合度监测。
主梁温度监测
    主梁截面温度分布监测的目的是为了解梁体的温度场情况,为桥梁设计中温度影响的计算分析提供原始依据,对不同温度状态下桥梁的工作状态变化进行比较和定量分析,对于桥梁设计理论的验证和完善均有积极意义。
索塔温度监测
    索塔温度分布测量主要是测量索塔在日照条件下,各塔壁的温度差异,以便对索塔由塔壁温度差引起的索塔偏移有一个正确的估计。

现场安装照片