磁通量傳感器索力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南.

1、磁通量傳感器索力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用指南柳州歐維姆結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)有限公司目錄前言 (31. 磁通量傳感器原理(42. 磁量傳感器的技術(shù)特點(diǎn)(43. 主要技術(shù)指標(biāo)(54. 磁通量傳感器的應(yīng)用(55、磁通量傳感器索力監(jiān)測系統(tǒng)(86. 索力監(jiān)測系統(tǒng)的配置(107. 傳感器選型與安裝(128. 磁通量傳感器監(jiān)測系統(tǒng)建立過程及注意事項(xiàng)(149. 主要工程業(yè)績(15前言拉索是纜索支承型橋梁的核心構(gòu)件之一,素有 “生命線 ”之稱,其服役狀況直接關(guān)系到橋梁的安全運(yùn)營與使用壽命。因此,對橋梁拉索進(jìn)行安全監(jiān)測,及時(shí)了解拉索和橋梁的服役狀態(tài)是十分必要的。拉索的安全監(jiān)測,主要是通過監(jiān)測拉索的索力,來判斷其使用狀況,評定其安

2、全性。一方面,一根拉索的損傷變化會(huì)在其本身的索力變化和相鄰索力的變化上表現(xiàn)出來,在外部則表現(xiàn)為主梁撓度發(fā)生變化;另一方面,主梁或塔的損傷變化也會(huì)引起索力的變化。通過對索力的監(jiān)測,不僅能為總體評價(jià)其技術(shù)狀況提供依據(jù),同時(shí)也可以在一定程度上發(fā)現(xiàn)拉索錨固系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)是否完好,也可以更好地理解橋梁結(jié)構(gòu)機(jī)理,驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)。索力監(jiān)測所應(yīng)用的傳感器技術(shù)主要有:振動(dòng)頻率法、壓力傳感器(振弦式、應(yīng)變片、液壓式、光纖光柵、磁通量傳感器(EM sensor等。各種索力測量方法,各有其特點(diǎn),振動(dòng)頻率法是通過建立拉索的簡化模型,實(shí)測拉索的振動(dòng)頻率,經(jīng)過計(jì)算間接得出索力,因?yàn)槭軠p震器、拉索實(shí)際長度、外護(hù)套等

3、影響,其測量精度比較差。壓力型傳感器是比較傳統(tǒng)的傳感器技術(shù),需要串接在受力結(jié)構(gòu)中,將傳遞到傳感器上面的力直接測量出來,短期精度高、動(dòng)態(tài)性好,但由于受荷載長期作用、材料徐變、形變傳遞失真等方面的影響,耐久性和長期精度很難保證,在受力狀態(tài)下無法重新校準(zhǔn),無法更換,因此壓力型的傳感器用于長期監(jiān)測有一定的局限性,只能在橋梁建設(shè)或換索時(shí)預(yù)裝。針對傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)的局限,磁通量傳感器(EM Sensor較好地解決了這些問題:1、通過非接觸式測量解決傳感器受力疲勞影響壽命問題2、用模擬標(biāo)定來實(shí)現(xiàn)運(yùn)營狀態(tài)的數(shù)據(jù)校準(zhǔn);3、可以設(shè)計(jì)成哈弗式傳感器,直接在已受力的拉索上制作及安裝,實(shí)現(xiàn)運(yùn)營中橋梁拉索的索力監(jiān)測。4、

4、可以實(shí)現(xiàn)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力(有粘結(jié)多截面應(yīng)力監(jiān)測。1. 磁通量傳感器原理磁通量傳感器基于鐵磁性材料的磁彈效應(yīng)原理進(jìn)行測量,當(dāng)受到外力作用時(shí),鐵磁性材料內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力或應(yīng)變,其磁導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)變化,通過測定磁導(dǎo)率的變化來反映應(yīng)力(或索力的變化。傳感器實(shí)物圖2. 磁量傳感器的技術(shù)特點(diǎn)(1 磁通量傳感器為非接觸性測量,不損傷結(jié)構(gòu);(2 不需對被測件進(jìn)行表面處理,不破壞構(gòu)件原有防腐保護(hù)層(3 傳感器維護(hù)成本低、使用壽命長(4抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高、重復(fù)性好;(5 系統(tǒng)可自動(dòng)測量和自動(dòng)溫度補(bǔ)償。(6 可直接顯示力值。(7 可與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連,進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程健康監(jiān)測3. 主要技術(shù)指標(biāo)(1 測量范圍:0

5、屈服應(yīng)力 ;(2接線長度: 300m(3 適應(yīng)環(huán)境溫度為:-2080 ;(4長期誤差: 3%FS;(5供電電源:AC 100240V,60/50HZ。4. 磁通量傳感器的應(yīng)用常規(guī)應(yīng)用由鐵磁性材料制成的棒材和拉索,包括平行鋼絲索、鋼絞線索、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線束、鋼絲繩、精軋螺紋鋼等構(gòu)件。精軋螺紋鋼應(yīng)力監(jiān)測鋼絲繩張力監(jiān)測專業(yè)應(yīng)用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力多截面監(jiān)測利用磁通量傳感器非接觸式測量的特點(diǎn),可以很方便地實(shí)現(xiàn)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋不同截面的應(yīng)力監(jiān)測。成都雙流機(jī)場飛機(jī)滑行道橋中幅橋永存預(yù)應(yīng)力測試截面示意圖廣元市白水河大橋體內(nèi)預(yù)應(yīng)力監(jiān)測示意圖（部分磁通量監(jiān)測體內(nèi)預(yù)應(yīng)力安裝示意圖運(yùn)營中橋梁拉索索力監(jiān)測可以設(shè)計(jì)成哈弗式的結(jié)構(gòu)

6、,直接在運(yùn)營中的拉索上制作傳感器,通過模擬標(biāo)定進(jìn)行曲線擬合和校準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)運(yùn)營中橋梁拉索的索力監(jiān)測。在運(yùn)營中的拉索上制作磁通量傳感器5、磁通量傳感器索力監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)索力監(jiān)測的最基本的配置是磁彈儀（讀數(shù)儀和磁通量傳感器,二者即可實(shí)現(xiàn)人工索力測量。當(dāng)組建系統(tǒng)時(shí),根據(jù)投資額及重要度,可選擇離線檢測系統(tǒng)或在線監(jiān)測系統(tǒng)兩種不同形式,前者造價(jià)低但需人工現(xiàn)場采集數(shù)據(jù),后者可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在線監(jiān)測 ,但造價(jià)相對較高。磁通量傳感器測量系統(tǒng)主要配件離線檢測系統(tǒng)磁通量傳感器測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)配置主要包括磁通量傳感器、開關(guān)集線箱、磁彈儀、數(shù)據(jù)傳輸線及布線管、儀器保護(hù)箱,構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集箱,根據(jù)傳感器的數(shù)量及分布情況在橋

7、梁上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)采集箱,構(gòu)成離線檢測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)人工定期數(shù)據(jù)采集。離線檢測系統(tǒng)示意圖（數(shù)據(jù)采集箱在線監(jiān)測系統(tǒng)在離線檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（有線、無線或以太網(wǎng)傳輸和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),就可實(shí)現(xiàn)索力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測,具有自動(dòng)測量、異常預(yù)警等功能,可以根據(jù)需要自主設(shè)定采集的時(shí)間、頻率,操作簡單。在線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖6. 索力監(jiān)測系統(tǒng)的配置(1 傳感器布置:接線長度小于等于300米 ,既可以每根索上安裝,也可只選擇重要截面上安裝。傳感器與數(shù)據(jù)采集箱之間用專用信號線連接,用線管或線槽進(jìn)行保護(hù)傳輸線的距離一般控制在300米以內(nèi),避免距離過長使信號失真。(2數(shù)據(jù)采集箱常用規(guī)格:8通道、16通道、2

8、4通道。數(shù)據(jù)采集箱集成的傳感器數(shù)量 ,按通道數(shù)最多可分別集成8、 16、 24臺(tái)磁通量傳感器。(3 數(shù)據(jù)采集箱的數(shù)量及分布。根據(jù)傳感器的數(shù)量和分布來決定數(shù)據(jù)采集箱的型號(通道數(shù)、數(shù)量(總通道數(shù)、安裝位置。斜拉索索力監(jiān)測系統(tǒng)布置示例7. 傳感器選型與安裝(1 傳感器選型:由構(gòu)件的外徑確定傳感器的型號,一般要求傳感器的內(nèi)徑大于傳感器外徑1mm20mm,以方便袖套安裝。平行鋼絲索、鋼絞線成品索、鋼絲繩、精軋螺紋鋼等使用整束式傳感器、平行鋼絞線拉索體系可使用單根鋼絞線用傳感器或整束式傳感器,也可兩種形式的傳感器一起使用。各種型號的磁通量傳感器的命名規(guī)則如下:常用傳感器型號及外形尺寸5 命名規(guī)則(2 傳

9、感器安裝位置:建議將傳感器安裝在拉索的下預(yù)埋管內(nèi)或橋面自由段,如下圖。傳感器在斜拉索上的安裝傳感器在吊桿上的安裝整束式傳感器直接套在索體外,選用單根鋼絞線用傳感器監(jiān)測平行鋼絞線拉索體系時(shí),安裝在錨具內(nèi)的單根鋼絞線上。(3 傳感器選擇考慮的問題(a 傳感器的安裝空間,能放置相應(yīng)型號的傳感器。(b 信號傳輸線通道,需將傳輸線從預(yù)埋管內(nèi)引至可以進(jìn)行測量操作或加長布線的位置。(c 傳感器需在安裝拉索錨具之前套入索體,建議在設(shè)計(jì)文件中做相關(guān)說明。8. 磁通量傳感器監(jiān)測系統(tǒng)建立過程及注意事項(xiàng)(1 拉索監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。需要考慮傳感器型號、走線方式、數(shù)據(jù)采集箱的數(shù)量 與放置點(diǎn)。(2 傳感器生產(chǎn)周期。磁通量傳感器

10、生產(chǎn)周期約為40天。(3 傳感器安裝與標(biāo)定。磁通量傳感器需要在拉索制索過程中,未安裝錨具之前套到拉索上,并利用拉索出廠前的超張拉工藝逐一進(jìn)行標(biāo)定,也可采用樣品索在張拉臺(tái)座上進(jìn)行標(biāo)定。平行鋼絞線拉索體系、精軋螺紋鋼等錨具現(xiàn)場安裝的情況,一般采用樣品索在張拉臺(tái)座上進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定需采用符合精度要求的標(biāo)準(zhǔn)傳感器。(4傳感器現(xiàn)場安裝。磁通量傳感器隨拉索運(yùn)往現(xiàn)場,掛索后將傳感器就位到安裝位置。(5 傳感器走線與保護(hù)。一般將傳感器放在預(yù)埋管內(nèi),傳感器信號線通過預(yù)留的走線孔道,引至數(shù)據(jù)采集箱,并采用布線專用線管或線槽進(jìn)行保護(hù)。(6 系統(tǒng)安裝與調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試主要包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。9. 主要工程業(yè)績(1 香港昂船洲大橋體外索在線監(jiān)測;(2 美國Penoscot River Bridge拉索監(jiān)測(3 杭州灣大橋體內(nèi)索在線監(jiān)測;(4湛江海灣大橋斜拉索在線監(jiān)測;(5 宜賓長江大橋斜拉索在線監(jiān)測;(6 江西吉安贛江大橋加固體外索監(jiān)測;(7 江西劍邑大橋斜拉索監(jiān)測;(8 九甸峽水利樞紐工程調(diào)壓井環(huán)錨監(jiān)測;(9 廈門集美大橋體內(nèi)預(yù)應(yīng)力及體外索監(jiān)測(10 夷陵長江大橋斜拉索索力監(jiān)測(11 宜賓長江大橋斜拉索索力監(jiān)測(12廣東陽江市西江特大橋斜拉索索力監(jiān)測(13 天津南倉橋斜拉索監(jiān)測(14武廣高鐵武漢東湖特大橋吊桿索力監(jiān)測(15京滬高