磁通量传感器索力监测系统设计指南.

磁通量传感器索力监测系统
设计使用指南
柳州欧维姆结构检测技术有限公司
目录
前言 (3
1. 磁通量传感器原理 (4
2. 磁量传感器的技术特点 (4
3. 主要技术指标 (5
4. 磁通量传感器的应用 (5
5、磁通量传感器索力监测系统 (8
6. 索力监测系统的配置 (10
7. 传感器选型与安装 (12
8. 磁通量传感器监测系统建立过程及注意事项 (14
9. 主要工程业绩 (15
前言
拉索是缆索支承型桥梁的核心构件之一,素有“生命线”之称,其服役状况直接关系到桥梁的安全运营与使用寿命。

因此,对桥梁拉索进行安全监测,及时了解拉索和桥梁的服役状态是十分必要的。

拉索的安全监测,主要是通过监测拉索的索力,来判断其使用状况,评定其安全性。

一方面,一根拉索的损伤变化会在其本身的索力变化和相邻索力的变化上表现出来,在外部则表现为主梁挠度发生变化;另一方面,主梁或塔的损伤变化也会引起索力的变化。

通过对索力的监测,不仅能为总体评价其技术状况提供依据,同时也可以在一定程度上发现拉索锚固系统、防护系统是否完好,也可以更好地理解桥梁结构机理,验证设计理论从而指导设计。

索力监测所应用的传感器技术主要有:振动频率法、压力传感器(振弦式、应变片、液压式、光纤光栅、磁通量传感器(EM sensor等。

各种索力测量方法,各有其特点,振动频率法是通过建立拉索的简化模型,实测拉索的振动频率,经过计算间接得出索力,因为受减震器、拉索实际长度、外护套等影响,其测量精度比较差。

压力型传感器是比较传统的传感器技术,需要串接在受力结构中,将传递到传感器上面的力直接测量出来,短期精度高、动态性好,但由于受荷载长期作用、材料徐变、形变传递失真等方面的影响,耐久性和长期精度很难保证,在受力状态下无法重新校准,无法更换,因此压力型的传感器用于长期监测有一定的局限性,只能在桥梁建设或换索时预装。

针对传统的传感器技术的局限,磁通量传感器(EM Sensor较好地解决了这些问题:
1、通过非接触式测量解决传感器受力疲劳影响寿命问题;
2、用模拟标定来实现运营状态的数据校准;
3、可以设计成哈弗式传感器,直接在已受力的拉索上制作及安装,实现运
营中桥梁拉索的索力监测。

4、可以实现体内预应力(有粘结多截面应力监测。

1. 磁通量传感器原理
磁通量传感器基于铁磁性材料的磁弹效应原理进行测量,当受到外力作用时,铁磁性材料内部产生机械应力或应变,其磁导率发生相应变化,通过测定磁导率的变化来反映应力(或索力的变化。

传感器实物图
2. 磁量传感器的技术特点
(1磁通量传感器为非接触性测量,不损伤结构;
(2不需对被测件进行表面处理,不破坏构件原有防腐保护层;
(3传感器维护成本低、使用寿命长;
(4抗干扰能力强、测量精度高、重复性好;
(5系统可自动测量和自动温度补偿。

(6可直接显示力值。

(7可与计算机系统相连,进行多通道数据采集和远程健康监测
3. 主要技术指标
(1测量范围:0~屈服应力;
(2接线长度:≤300m
(3适应环境温度为:-20~80℃;
(4长期误差:≤3%FS;
(5供电电源:AC 100~240V,60/50HZ。

4. 磁通量传感器的应用
常规应用
由铁磁性材料制成的棒材和拉索,包括平行钢丝索、钢绞线索、体内预应力钢绞线束、钢丝绳、精轧螺纹钢等构件。

精轧螺纹钢应力监测
钢丝绳张力监测
专业应用
有粘结预应力多截面监测利用磁通量传感器非接触式测量的特点,可以很方便地实现体内预应力筋不同截面的应力监测。

成都双流机场飞机滑行道桥中幅桥永存预应力测试截面示意图
广元市白水河大桥体内预应力监测示意图(部分
磁通量监测体内预应力安装示意图
运营中桥梁拉索索力监测
可以设计成哈弗式的结构,直接在运营中的拉索上制作传感器,通过模拟标定进行曲线拟合和校准,实现运营中桥梁拉索的索力监测。

在运营中的拉索上制作磁通量传感器
5、磁通量传感器索力监测系统
实现索力监测的最基本的配置是磁弹仪(读数仪和磁通量传感器,二者即可实现人工索力测量。

当组建系统时,根据投资额及重要度,可选择离线检测系统或在线监测系统两种不同形式,前者造价低但需人工现场采集数据,后者可实现自动化在线监测,但造价相对较高。

磁通量传感器测量系统主要配件
离线检测系统
磁通量传感器测量系统的基础配置主要包括磁通量传感器、开关集线箱、磁
弹仪、数据传输线及布线管、仪器保护箱,构成数据采集系统(数据采集箱,根据传感器的数量及分布情况在桥梁上设置一个或多个数据采集箱,构成离线检测系统,实现人工定期数据采集。

离线检测系统示意图(数据采集箱
在线监测系统
在离线检测系统的基础上,增加数据传输系统(有线、无线或以太网传输和数据处理系统,就可实现索力数据的实时在线监测,具有自动测量、异常预警等功能,可以根据需要自主设定采集的时间、频率,操作简单。

在线监测系统示意图
6. 索力监测系统的配置
(1传感器布置:接线长度小于等于300米,既可以每根索上安装,也可只选择重要截面上安装。

传感器与数据采集箱之间用专用信号线连接,用线管或线槽进行保护,传输线的距离一般控制在300米以内,避免距离过长使信号失真。

(2数据采集箱常用规格:8通道、16通道、24通道。

数据采集箱集成的传感
器数量,按通道数最多可分别集成8、16、24台磁通量传感器。

(3数据采集箱的数量及分布。

根据传感器的数量和分布来决定数据采集箱的型号(通道数、数量(总通道数、安装位置。

吊杆索力监测系统布置示例
斜拉索索力监测系统布置示例
7. 传感器选型与安装
(1传感器选型:由构件的外径确定传感器的型号,一般要求传感器的内径大于传感器外径1mm~20mm,以方便袖套安装。

平行钢丝索、钢绞线成品索、钢丝绳、精轧螺纹钢等使用整束式传感器、平行钢绞线拉索体系可使用单根钢绞线用传感器或整束式传感器,也可两种形式的传感器一起使用。

各种型号的磁通量传感器的命名规则如下:
图5 命名规则
常用传感器型号及外形尺寸:
(2传感器安装位置:
建议将传感器安装在拉索的下预埋管内或桥面自由段,如下图。

传感器在斜拉索上的安装
传感器在吊杆上的安装
整束式传感器直接套在索体外,选用单根钢绞线用传感器监测平行钢绞线拉索体系时,安装在锚具内的单根钢绞线上。

(3传感器选择考虑的问题
(a 传感器的安装空间,能放置相应型号的传感器。

(b 信号传输线通道,需将传输线从预埋管内引至可以进行测量操作或加长布线的位置。

(c 传感器需在安装拉索锚具之前套入索体,建议在设计文件中做相关说明。

8. 磁通量传感器监测系统建立过程及注意事项
(1拉索监测系统设计。

需要考虑传感器型号、走线方式、数据采集箱的数量与放置点。

(2传感器生产周期。

磁通量传感器生产周期约为40天。

(3传感器安装与标定。

磁通量传感器需要在拉索制索过程中,未安装锚具之前套到拉索上,并利用拉索出厂前的超张拉工艺逐一进行标定,也可采用样品索在张拉台座上进行标定。

平行钢绞线拉索体系、精轧螺纹钢等锚具现场安装的情况,一般采用样品索在张拉台座上进行标定。

标定需采用符合精度要求的标准传感器。

(4传感器现场安装。

磁通量传感器随拉索运往现场,挂索后将传感器就位到安装位置。

(5传感器走线与保护。

一般将传感器放在预埋管内,传感器信号线通过预留的走线孔道,引至数据采集箱,并采用布线专用线管或线槽进行保护。

(6系统安装与调试。

系统调试主要包括硬件调试和软件调试。

9. 主要工程业绩
(1香港昂船洲大桥体外索在线监测;
(2美国Penoscot River Bridge拉索监测
(3杭州湾大桥体内索在线监测;
(4湛江海湾大桥斜拉索在线监测;
(5宜宾长江大桥斜拉索在线监测;
(6江西吉安赣江大桥加固体外索监测;
(7江西剑邑大桥斜拉索监测;
(8九甸峡水利枢纽工程调压井环锚监测;
(9厦门集美大桥体内预应力及体外索监测
(10夷陵长江大桥斜拉索索力监测
(11宜宾长江大桥斜拉索索力监测
(12广东阳江市西江特大桥斜拉索索力监测
(13天津南仓桥斜拉索监测
(14武广高铁武汉东湖特大桥吊杆索力监测
(15京沪高铁拱桥吊杆索力监测(共十座
(16宁杭高铁拱桥吊杆索力监测(两座
(17广珠铁路白坭河特大桥、虎跳门特大桥、杜坑特大桥吊杆索力监测(18广深港沙湾特大桥吊杆索力监测(两座
(19广元市白水大桥体内预应力监测
(20成都双流机场飞机滑行道桥永存预应力监测
(21南宁葫芦鼎大桥体内预应力监测
(22南宁永和大桥吊杆索力监测
(23柳州文惠桥吊杆索力监测
......。