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桥梁结构安全监测光纤技术方案
发布时间:2019-12-30

 

01

桥梁监测的意义

 

众所周知,桥梁跨越山谷、道路、河流或其它障碍物,是一种架空于水面或地面的人造通道,其可靠性和安全性尤为重要。由于桥梁事故的破坏性巨大,不仅会造成交通中断,影响国民经济发展,还会带来巨大的经济损失和人员伤亡,将造成非常不好的社会政治影响。例如:1989年10月17日,美国Cypress Freeway在1989年旧金山7.1级的地震中倒塌,造成42人死亡。1994年10月21日,韩国首尔Songsu大桥中间段在早上上班高峰时期断开,坠入汉江,导致31人死亡。 1994年10月2日,中国广东省一家娱乐公园的一座浮桥的栏杆断裂,导致桥上游客全部坠毁,33人在事故中丧生。1995年1月17日,日本神户发生灾难性的里氏7.3级地震,造成了严重人员伤亡和财产损失,其中一座四车道悬空高速公路断裂,将道上汽车甩落地面,导致18人死亡。1995年10月8日,阿尔及利亚拉格瓦特省一个小镇大雨之后一座桥坍塌,导致50人左右丧生。1999年1月4日,中国重庆綦江县彩虹桥发生了坍塌事件,造成至少40人死亡。2001年3月4日,葡萄牙北部的Hintze-Ribeiro大桥坍塌,一辆汽车落水,导致多达59人死亡。2002年5月27日,美国俄克拉荷马州的一座大桥被驳船撞击后断裂,数辆车坠入阿肯色河,至少14人死亡。2003年8月28日,印度达曼西部沿海区域一座大桥坍塌并坠入泥河,一辆校车及多辆轿车被卷入湍流,至少25人死亡,其中包括23名儿童。2006年12月2日,印度比哈尔邦帕戈尔布尔火车站附近一座150年的旧桥在被拆毁的过程中坍塌,地面一列火车被压,导致33人死亡。2007年3月20日,几内亚盖凯杜省一座大桥坍塌,地面一辆满载乘客和货物的卡车被压,导致至少65人死亡。2007年6月15日,中国广东佛山发生一起运沙船撞击桥墩事件,造成大桥南岸200米桥面坍塌,多辆汽车坠河,10人死亡。所有这些灾难的发生,都使整个世界为之震惊,从而引起了人们对桥梁的健康的极大关注。鉴于桥梁的特殊性与复杂性,国际上开展了相关的对策研究。在桥梁设计方面,设置先进、可靠的综合健康状态实时监测系统,对出现的安全隐患能够快速反应,能够达到从探测、报警、联动控制直至消除安全隐患的全方位一体化要求,实现对桥梁关键部位的温度、应变(应力)、振动(加速度)、缝隙变化、地下水位变化、索力变化等各项参数的综合实时监测,并根据监测数据由监测系统判断桥梁的健康状况。这样,桥梁养护工作人员可以实时真实地了解到桥梁的安全状态,为桥梁上的各种活动提供可靠有效的参考依据,进而通过提供所需要的早期危险报警和损伤评估来保证桥梁的安全,从而大大增强桥梁的生存能力。 

2006年2月9日,国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》确定了11个国民经济和社会发展的重点领域,并从中选择了68项优先主题进行重点安排。其中,在“公共安全”重点领域中,其发展思路中明确提出了:1)加强对突发公共事件快速反应和应急处置的技术支持。以信息、智能化技术应用为先导,发展国家公共安全多功能、一体化应急保障技术,形成科学预测、有效防控与高效应急的公共安全技术体系。2)提高早期发现与防范能力。重点研究桥梁、煤矿等生产事故、突发社会安全事件和自然灾害、核安全及生物安全等的监测、预警、预防技术。并确立了“重大安全事故的预警与救援”的优先主题。此外,在“信息产业及现代服务业”重点领域中,其发展思路中明确指出了:1)以应用需求为导向,重视和加强集成创新,开发支撑和带动现代服务业发展的技术和关键产品,促进传统产业的改造和技术升级。2)以发展高可信网络为重点,开发网络信息安全技术及相关产品,建立信息安全技术保障体系,具备防范各种信息安全突发事件的技术能力。并确立了“传感网络及智能信息处理”的优先主题。由此可见,国家对桥梁等大型公共设施的安全状况监测、预警技术的开发非常重视。 综上所述,建立一个以桥梁结构为平台,应用现代传感、通信和网络技术,优化组合结构监测、环境监测、交通监测、设备监测、综合报警、信息网络分析处理和桥梁养护管理各功能子系统为一体的综合监测系统是非常必要的,也具有非常重要的意义。

传统桥梁检测技术是通过人工目测检查或借助于便携式仪器测量得到的信息对桥梁结构的安全状态进行评估。人工桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。但是人工桥梁检查方法在实际应用中有很大的局限性。传统检测方式的不足之处主要表现在:

  • 需要大量人力、物力并有诸多检查盲点,这对现代大型桥梁尤其突出。
  • 主观性强,难于量化。经过半个多世纪的发展,虽然现代斜拉桥的分析设计与施工技术已日趋完善,但对某些响应现象,尤其是损伤的发展过程,尚处于经验积累中,因此定量化的描述是很重要的。
  • 缺少整体性。人工检查以单一构件为对象,只能提供局部的检测和诊断信息,而不能提供整体全面的结构健康检测和评估信息。
  • 影响正常交通运行。对于较大型的桥梁通常需要搭设观察平台或用观测车辆,无可避免需要实施交通控制。
  • 周期长,时效性差。大型桥梁的检查周期可达数年。在有重大事故或严重自然灾害的情况下,不能向决策者和公众提供即时信息。

从上可知,人工桥梁检查程序和设施,无法直接和有效地应用于大型桥梁的检测上。因此有必要建立一个针对大桥的结构健康监测系统,用于监测和评估大桥在运营期间结构的安全性、耐久性和使用性等。

 

02

桥梁监测方案

 

一、设计与实施原则

  • 采用国际主流框架开发长期健康监测系统。 
  • 根据大桥的结构形式和特点,有针对性地设计长期健康监测系统; 
  • 长期健康监测系统各子系统或子模块之间有序融合,与其它相关系统无缝连接; 
  • 长期健康监测系统各子系统或子模块相对独立,方便维护; 
  • 长期健康监测系统的人机界面友好,方便操作; 
  • 长期健康监测系统稳定可靠,能自动、连续、稳定工作; 
  • 采用目前市场上先进成熟的技术和产品,满足未来升级、换代等需求;

 

二、系统组成

大桥长期健康监测系统包括以下子系统:

  • 传感器系统
  • 数据采集与传输系统
  • 数据处理与控制系统
  • 结构健康数据管理系统
  • 结构健康评价系统
  • 检查与维护系统

 

三、测点布置

1、应力监测:

应力测点布置应反映桥梁结构的最不利受力情况,以下测试截面为测点布置参考截面: 

(1)主桥:

1)主梁跨中最大正弯矩截面;

2)主梁最大负弯矩截面;

3)桥墩最大压应力截面; 

4)塔梁固结位置的应力集中截面。 

(2)引桥: 对于连续梁桥: 

1)跨中最大正弯矩截面; 

2)支点负弯矩截面; 

3)桥墩最大压应力截面;

对于连续刚构桥: 

1)跨中最大正弯矩截面; 

2)墩梁节点附近最大应力截面;

3)墩脚附近最大应力截面; 

每个截面的测点布置应反映截面内力、应力的横向分布规律,主桥箱梁截面的测点数应不少于6个,塔墩截面的测点数应不少于4个。 

2、索力监测:

 桥梁拉索的选取应考虑索长、索力、索间距等因素,建议拉索的测试数目应不低于拉索总数的20%。 

3、变形监测:

主桥主跨边跨各选取一个最大挠度测试截面,每个截面测点数不低于1个; 两侧引桥各选取一个最大挠度测试截面,每个截面测点数不低于1个; 每个主桥桥塔顶布置水平位移测点不低于1个。 

4、主梁温度、桥塔墩台温度监测: 

测点布置应结合应力测点进行综合考虑。

5、环境风荷载监测:

监测指标、方式及测点须满足桥梁工作环境分析的要求。

测点要求:主梁不少于一个测点;塔顶不少于一个测点。 

6、环境空气温度、湿度监测:

监测指标、方式及测点须满足桥梁温度场和湿度场构建、环境温度与结构 响应相关性分析等要求。 

测点要求:不少于两个测点

7、加速度监测:

监测指标、方式及测点须满足结构动力特性提取的要求。 

测点要求:不少于5个测点

 

四、传感器系统特点

  • 选用国内及国际上技术成熟、性能先进的传感器; 
  • 抗干扰性强、耐久性好,在施工和使用环境下可靠稳定工作; 
  • 实用性强,方便安装、维护和更换; 
  • 精度应适中,在满足监测要求的前提下,考虑经济性,选择合适精度的传感器; 
  • 在满足监测要求的前提下,适度增加传感器的数量,保证传感器数量具有一定的冗余度; 
  • 保护传感器不受温湿度、雷击及干扰源(电源、电磁)等环境因素的影响及防止损坏。

 

五、数据采集与传输系统特点

  • 运营阶段能自动、连续、实时数据采集与传输; 
  • 数据采集同步精度满足数据分析要求; 
  • 数据采集与传输设备精度满足前向测量精度要求; 
  • 数据采集设备集成化程度高,便于统一管理控制; 
  • 数据采集与传输设备扩充性强,满足传感器升级需求;
  • 数据采集与传输设备耐久性好、抗干扰性强;
  • 保护数据采集与传输设备不受湿度、雷击及干扰源(电源、电磁)等环境因素的影响及防止损坏。

 

六、数据处理与控制系统特点

  • 桥梁运营阶段能在监控中心远程监控传感器系统及数据采集与传输系统; 
  • 桥梁运营阶段能在监控中心内实时显示监测数据; 
  • 功能定位明确,能够合理利用资源并分配任务,与前向及后向子系统有序融合; 
  • 软件系统具有开放性,能满足优化升级需求; 
  • 软件系统开发周期的各运行阶段(需求分析、系统概要设计、系统详细设计、数据库设计、程序编制、调试、测试等),保证所有提供的文件均满足规范书及有关标准要求。 
  • 整个服务器系统由数据接收服务器,数据库服务器,数据处理与分析服务器,应用服务器构成。利用服务器的硬件群集功能来最大限度的提高整个系统的可用性。

 数据接收服务器

此服务器的主要功能为接收底层工作站传输的数据,并做简单的数据处理,要求数据并发性接收的相应能力强大。

 数据库服务器

整个监测系统运行过程中会产生大量的数据,其中大部分数据在经过预处理后都将输入数据库系统,为后续的查询、运算、统计提供基础。数据库软件采用Oracle系统。

 数据处理与分析服务器

此服务器主要功能是进行数据的在线分析处理,对实时数据和历史数据进行二次处理,数据融合处理,进行在线评估与预警,运行巡检养护管理模块的核心应用,接收WEB应用服务器的请求,将各项处理并将结果返回。该服务器运行的是整个大桥结构健康监测系统的核心功能。

 应用平台服务器

系统需提供一个基于WEB的应用平台进行信息管理和信息发布,此部分选择的服务器有:

Web服务器:整个系统将接入Internet,并提供外部访问服务。 

专用采集服务器: GPS、光纤传感器、视频传感器等子系统的专用采集服务器,用以安装专用采集管理软件,获取该子系统的原始监测数据。专用采集服务器视解调设备的情况安置在监控中心或外场工作站机柜中,服务器数量以不影响正常采集和数据传输为要求。 

网络管理服务器:整个系统内的网络设备、服务器设备将统一管理,所有管理程序都将运行在此服务器中。

 操作终端

在监控中心监控室提供的两个工作机位上放置两台普通台式机用于健康监测系统的日常操作与监控。

软件系统需支持Internet远程访问,主要功能包括:

  • 数据采集与前处理:部署在各采集工作站和专用采集服务器上,实现各子系统原始数据的采集和物理量的转换
  • 数据传输与存储:实现原始数据向数据接收服务器的实时传输,实现原始数据在各采集工作站、专用采集服务器及监控中心磁盘阵列的存储
  • 人工巡检数据的维护:实现人工巡检报告及量化数据的录入、修改与查询
  • 数据处理与分析:实现对原始数据的时域、频域处理与专项分析,需支持对处理算法的配置功能
  • 结构安全状况的在线评估:能结合实时监测和人工巡检数据进行综合的在线评估,并自动生成相关的报告的主体。能按照预设的评估模板进行评估,支持的评估报告包括:月度在线评估报告、突发事件临时在线评估报告、年度在线评估报告等
  • 预警与报警:实现设备使用状况、结构安全指标超阈值、突发事件综合报警与预警
  • 数据显示与查询:实现原始数据、处理后数据的时程及数值显示,支持按结构位置、设备类型及自定义模式显示,显示界面及数据均可配置;实现在线评估报告、日常运行报告、人工巡检报告的查询;实现预警报警数据及状态的查询。

系统检查与维护:实现各系统设备状态的定制显示,实现关键系统的远程维护。

 

03

桥梁安全监测网方案

 

桥梁安全监测网是以城市公路桥梁为对象,通过在桥梁关键结构部位设置光纤监测子系统,实时或定期地获取桥梁运营阶段有关结构行为和状态以及桥梁环境条件的必要数据,利用监测数据验证与评估桥梁设计的有关参数取值和理论结果,通过监测数据的处理与分析,掌握桥梁生命期内任何时刻(包括地震等偶然或突发事件发生过程与发生后)的结构整体性和安全性,同时也可以为桥梁运营期的维护、维修与管理提供决策依据和指导。

桥梁健康监测光纤传感系统构成

上海东海大桥光纤传感监测系统组网图

各桥梁独立设置的光纤监测子系统通过无线数据传输网络实现信息的集中采集、传输、处理、共享的数字化,形成一个以快速准确动态监视数据为基础的市区公路桥梁健康监测网。具有如下意义:

  1. 对市区公路桥梁的日常防灾减灾工作,偶发灾害的应急决策和灾后恢复重建的处置具有极大的现实的指导意义。

  2. 建成对外信息管理平台, 实现监控点信息的有效收发和终端的控制。

  3. 实时统计分析,与专家系统协同决策。

  4. 实现对外管理相关部门和科研机构的信息交换。

桥梁健康监测网系统

 

04

桥梁监测布点典型方案

 

一、连续刚构桥监测点布置方案

如上图所示,通盛大桥桥梁结构为连续五孔刚构,主跨每孔跨度为108米,边跨每孔跨度为58米。

本方案中,选取主墩截面和主跨、边跨代表性截面作为监测断面。 

因此,共设置6个主墩监测断面(ZD1~ZD6); 

主跨每孔设置跨中、四分之一跨、四分之三跨等3个监测断面,边跨每孔设置1个跨中监测断面,主跨和边跨共设置11个监测断面(KD1~KD11)。 

因此,通盛大桥共设置17个监测断面。每个监测断面内的传感器布置示意图如下:

图中实心黑点为应变传感器,空心黑点为温度传感器,详细传感器点位设计如下表:

 

传感器布置数量

安装位置

应变传感器(只)

温度传感器(只)

加速度传感器(只)

ZD1

9

2

2

ZD2

9

2

1

ZD3

9

2

1

ZD4

9

2

1

ZD5

9

2

1

ZD6

9

2

2

KD1

8

1

1

KD2

8

1

1

KD3

8

1

1

KD4

9

1

1

KD5

8

1

1

KD6

8

1

1

KD7

8

1

1

KD8

8

1

1

KD9

8

1

1

KD10

8

1

1

KD11

8

1

1

合计数量

142

23

19

 

二、变截面单箱双室连续箱梁桥监测点布置方案

城中湖大桥为三跨后张法预应力变截面单箱双室连续箱梁桥,上部结构为55+100+55m=210m。根据该类型桥梁结构特点,本次共设计4个主墩监测截面(ZD1~ZD4)以及5个支座监测截面(KD1~KD5),总计9个监测截面。其点位布置与通盛大桥类似,此处不再重复叙述,详细传感器点位设计如下表:

 

传感器布置数量

安装位置

应变传感器(只)

温度传感器(只)

加速度传感器(只)

ZD1

9

2

1

ZD2

9

1

1

ZD3

9

1

1

ZD4

9

2

1

KD1

9

2

1

KD2

9

2

1

KD3

9

2

1

KD4

9

2

1

KD5

9

2

1

合计数量

76

12

9

 

三、吊杆拱桥监测点布置方案

因为该大桥为吊杆拱桥,根据该类拱桥的受力特点,选择拱肋的拱脚截面、L/4截面、拱顶截面、3L/4截面以及横梁的L/4截面、1/2截面、3L/4截面作为结构健康监测断面,每个监测断面的光纤传感器类型和数量设计如下:

 

传感器布置数量

安装位置

应变传感器(只)

温度传感器(只)

加速度传感器(只)

GY0

4

1

1

GY1/4

4

0

0

GY1/2

4

1

1

GY3/4

4

0

0

GY1

4

1

1

HL1/4

4

1

1

HL1/2

4

0

1

HL3/4

4

1

1

合计数量

32

5

6

拱桥长期健康监测吊杆的选取应考虑吊杆长、吊杆力、吊杆间距等因素,建议吊杆的测试数目应不低于拱桥吊杆总数的20%,秀水大桥单侧共有吊杆17根,本方案中,选取1/4、1/2、3/4三个位置进行吊杆实时监测。为了消除吊杆偏心力的影响,本方案中,通过在吊杆与桥面锚固端的承压环上间隔120°安装3只应变计取平均,然后根据承压环的横截面积和杨氏模量计算出吊杆力。

拱桥单侧三根吊杆力监测共增加应变传感器3×3=9只,两侧合计为18只。

因此,该大桥共设置应变传感器82只,温度传感器10只,加速度传感器12只。

 

05

桥梁监测光纤传感器选型配置

 

一、光纤光栅埋入应变计

测试目的:结构层底面水平应变时程规律 

每结构层至少埋设2个应变计,一个沿行车方向,一个沿垂直行车方向,埋设位置在各结构层底部。

产品配置:EBA-OFS15E光纤光栅埋入式应变计

EBA-OFS15E光纤光栅埋入式应变计是专门用于混凝土、钢筋混凝土或可塑性材料内部应变测量,以便长期观测其结构应力应变的变化,进行状态分析,达到示警以及故障诊断的目的。

EBA-OFS15E光纤光栅埋入式应变计通过内部敏感元件――光纤光栅所反射的光信号中心波长移动量来检测应变值,无源、不带电、本质安全,不受电磁干扰及雷击损伤,可直接通过光纤进行信号远程传输(超过50km)。

量程

±1500με

分辨率

0.1με

测量标距

50~200 mm

工作温度范围

-50~80℃

光栅中心波长

1525~1565 nm

单芯光纤可串联数量

12只

 

二、高精度MEMS光纤土压力计

测试目的:结构层内部竖向压应力时程规律

每个结构层每层埋设1个压力计(每断面一个),埋设位置在各结构层底部。

产品配置:EBA-MOP05型MEMS光纤土压力计

EBA-MOP05型MEMS光纤土压力计是采用优质的恒弹性合金作为压力变送器件,进而利用光纤光栅固有的应变传感特性研制而成的一种新型光纤光栅土压力计,适用于测量填土、路基、堤坝、土石坝、软基等的土体或者固体压力。

量程

0.35、1、2、5 MPa

分辨率

≤0.005%F.S

精度

50~<0.05%F.S

过载能力

200%

波长范围

1527~1565 nm

温度范围

-50~80℃

外径尺寸

Φ120×28mm(可定制)

 

三、光纤光栅温度计

测试目的:一年四季不同季节混凝土面层及基层温度变化规律

对结构层每层至少埋设1个温度计,埋设位置在各结构层中部。

产品配置:EBA-OEFT500微型化光纤高温测温计

EBA-OEFT500微型化光纤高温测温计采用21世纪新近发展的微米/纳米加工技术(micro/nanotechnology),在特种光纤上直接制作感温元件,从而实现低温到+500℃宽温范围内精确测温。具有无源无电、抗电磁干扰、任意延长引出光纤而不影响测温精度等显著优势。

EBA-OEFT500微型化光纤高温测温计采用耐腐蚀合金外壳封装,感温端部自带M3×6mm外螺纹,便于连接固定(例如通过螺纹拧到测温块上)。

EBA-OEFT500微型化光纤高温测温计可以广泛应用于各种飞行器、舰船和化工设备等的精确分布式测温,也可用于桥梁、大坝、建筑等土木工程结构分布式温度监测与测量。

量程

常温-50~150℃

高温-50~500℃

分辨率

0.1℃

测温精度

±0.5℃

光纤传输距离

0~20km

外形尺寸

Φ3mm×10mm

封装方式

耐腐蚀合金铠装

 

四、光纤光栅埋入式测缝计

测试目的:结构层接缝扩展规律

对混凝土接缝至少埋设2个测缝计,一个沿行车方向,一个沿垂直行车方向,埋设位置在各接缝中部。

产品配置:EBA-OFED20型光纤光栅埋入式测缝计

EBA-OFED20型光纤光栅埋入式测缝计可用于石油化工、水利水电工程、工业与民用建筑等结构上混凝土、岩石等结构的边界缝开合度的长期监测,可以埋设在混凝土内长期监测建筑物的裂缝变化。仪器内置万向节允许传感器承受一定程度的剪切位移。传感器内部通过结构设计减小传感器温度灵敏系数(小于5pm/℃),同时安装了1只光纤光栅温度传感器,用以补偿温度对测量的影响。

量程

20、30、60、100 mm

分辨率

<0.1% F.S.

精度

<0.5% F.S.

工作温度范围

-50~80℃

光栅中心波长

1528~1563 nm

尺寸

Φ30×Lmm

(长度L因量程而异)

 

五、光纤光栅式单点、多点位移计

测试目的:道面路基土体沉降监测

对道面路基至少埋设3个多点位移计,埋设位置在路基不同深度处。

产品配置:EBA-OFD200型光纤光栅位移计

EBA-OFD200型光纤光栅位移计可用于石油化工、水利水电工程、工业与民用建筑等结构上裂缝或接缝开合度的长期监测。传感器采用探杆安装方式,可以精确、快速测定桥梁、隧道、大坝、地下工程、边坡的位移变形。在通过结构设计减小传感器温度灵敏系数的同时,在传感器内部安装了1只光纤光栅温度传感器,用以补偿温度对测量的影响。

光纤光栅位移计采用光纤光栅作为位移敏感元件,测量精度不受光纤传输距离及电磁干扰的影响,可通过伸缩探杆或拉线两种方式实现对伸缩位移的精确测量,标准量程为0~200mm或-100mm~+100mm,具有温度补偿功能。

量程

0~200/±100 mm

分辨率

<0.1%F.S.

精度

<0.3%F.S.

工作温度范围

-50~80℃

中心波长

1525~1565 nm

尺寸

Φ25×300 mm

 

六、高精度MEMS光纤渗压计

测试目的:道面路基孔隙水压力监测

对道面路基至少埋设3个渗压计,埋设位置在路基不同深度处。

产品配置:EBA-MFP25高精度MEMS光纤渗压计

EBA-MFP25高精度MEMS光纤渗压计利用法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉原理,将压力变化转换为传感器内部F-P压力敏感腔的腔长变化。F-P压力敏感腔由具有一定反射率的两个平行平面组成,光束在其间多次反射构成多光束干涉,在压力作用下,F-P腔长发生相应变化,使入射光被调制。通过解调含有压力信息的光输出信号,就可以获取压力值,也可解算获得被测液体的精确高度。

相比于传统的压力传感器,EBA-MFP25高精度MEMS光纤渗压计体积微小,抗电磁干扰,电绝缘,耐腐蚀,本质安全。测量精度比传统的机电式压力传感器或光纤光栅类压力计精度高1~2个数量级。

EBA-MFP25高精度MEMS光纤渗压计内部为非接触式光学信号检测方式,具有良好的抗冲击过载能力,故障率极低,后续免维护,可长期精确测量。在安装操作不便、维护困难的应用场合更具显著优势。

量程

250KPa

1MPa

分辨率

10Pa

40Pa

测量精度

0.05%F.S.

0.05%F.S.

传输距离

0~10km

外形尺寸

Φ12mm×60mm

工作温度范围

-55℃~+150℃

 

七、光纤光栅温度湿度计

测试目的:道面结构温度湿度监测

对道面路基和混凝土埋设温度湿度计,埋设在不同位置和深度处。

产品配置:EBA-MSH100型MEMS光纤温湿度计

EBA-MSH100型MEMS光纤温湿度计采用21世纪新近发展的微米/纳米加工技术(micro/nanotechnology),在MEMS微敏感芯片上集成制作温度和湿度敏感元件,从而实现-50~150℃宽温范围内的精确温、湿度复合测量。具有无源无电、抗电磁干扰、任意延长引出光纤而不影响测量精度等显著优势。

 

八、光纤光栅式钢筋计

测试目的:传力杆变化监测

对混凝土传力杆设置钢筋计,埋设在不同位置传力杆中部。

产品配置:EBA-OFG100光纤光栅钢筋计

EBA-OFG100光纤光栅钢筋计是针对桥梁混凝土箱梁、大坝坝体、高层建筑桩基及矿井巷道围岩内部应力变形测量需求开发的高性能测力计。采用光纤金属化激光焊接工艺封装制作,具有测量精度高、长期零点稳定、防水耐腐蚀、埋入存活率高、动态特性良好等特点。

EBA-OFG100E水利水工结构监测用钢筋计外形图

EBA-OFG100光纤光栅钢筋计具有桥梁、建筑结构监测用和水利水工结构监测用两种不同的产品规格,适用两端焊接/螺纹连接/并置式测量等多种安装方式,可以用于不同规格钢筋应力的准确测量。

EBA-OFG100光纤光栅钢筋计坚固耐用、可靠、易于安装和读数,并不受潮湿、光缆长度的影响。直径规格可根据现场情况定制。

量程

拉伸:0~300Mpa

压缩:0~160Mpa

分辨率

0.01% F•S

精度

0.5% F•S.

温度漂移系数

0.5%F•S~1%F•S

光栅中心波长

1525~1565 nm

光栅反射率

≥90%

工作温度范围

-50~+80℃

规格尺寸

适用钢筋/锚杆规格:Ф18mm-Ф32mm

封装方式

铠装

安装方式

两端焊接/螺纹连接/并置式埋入

传感头引出线

铠装光缆,左右各为1.5m±0.1m

传感头之间级连方式

光缆熔接或防水型FC/PC光接头连接

 

九、光纤光栅表面应变计

测试目的:结构静态和动态应力应变监测

对混凝土表面设置表面应变计,埋设在不同位置处。

产品配置:EBA-OFS50S多功能光纤表面式应变计

EBA-OFS50S多功能光纤表面式应变计适用于高速公路、机场跑道等沥青混凝土铺装层表面应力应变监测,可承受170℃以上的短期环境温度,量程达到±5000με,具有极低的等效刚度。

EBA-OFS50S多功能光纤表面式应变计通过内部敏感元件――光纤光栅所反射的光信号中心波长移动量来检测应变值,无源、不带电、本质安全,不受电磁干扰及雷击损伤,可直接通过光纤进行信号远程传输(超过50km)。

量程

±5000με

分辨率

2με

线性度

0.999

测量标距

50/70 mm

工作温度范围

-50~180℃

光栅中心波长

1525~1565nm

 

十、光纤光栅式表面裂缝计

测试目的:结构上裂缝或接缝开合度的长期监测

对混凝土表面出现的裂缝和接缝设置表面应变计,埋设在不同位置处。

产品配置:EBA-OFSD型光纤光栅测缝计

EBA-OFSD型光纤光栅测缝计可用于石油化工、水利水电工程、工业与民用建筑等结构上裂缝或接缝开合度的长期监测。传感器采用探杆安装方式,可以精确、快速测定桥梁、隧道、大坝、地下工程、边坡的位移变形。在通过结构设计减小传感器温度灵敏系数的同时,在传感器内部安装了1只光纤光栅温度传感器,用以补偿温度对测量的影响。

量程

10、25、50、200 mm

分辨率

<0.1%F.S.

精度

<0.5% F.S.

温度范围

-50~80℃

中心波长

1528~1563 nm

尺寸

Φ25×200 mm

 

十一、光纤液位计

测试目的:路基地下水位变化的监测

对路基设置,布置在不同位置处

产品配置:EBA-FPP25光纤F-P高精度液位计

EBA-FPP25光纤F-P高精度液位计利用法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉原理,将液位变化转换为传感器内部F-P压力敏感腔的腔长变化。F-P压力敏感腔由具有一定反射率的两个平行平面组成,光束在其间多次反射构成多光束干涉,在压力作用下,F-P腔长发生相应变化,使入射光被调制。通过解调含有压力信息的光输出信号,就可以获取压力值,进而解算获得被测液位的精确高度。

相比于传统的压力传感器,光纤F-P高精度液位计抗电磁干扰,电绝缘,耐腐蚀,本质安全。这使它在各种大型机电、石油化工、冶金、高压、强电磁干扰、强腐蚀、易燃易爆环境中能方便而有效地传感。而其无源无电、零点稳定、可长寿命工作的突出特点,使其在水利水工设施的长期在线观测领域,也具有广泛的应用前景。

光纤F-P高精度液位计内部为非接触式光学信号检测方式,具有良好的抗冲击过载能力,故障率极低,后续免维护,可长期精确测量。在安装操作不便、维护困难的应用场合更具显著优势。

量程

10,25,100,1000 m

分辨率

0.005% F.S.

测量精度

0.02~0.1 F.S.

中心波长范围

1525~1565 nm

自由谱宽(FSR)

10~20 nm

规格尺寸

Ф12×60mm

工作温度范围

-50~+80℃

 

十二、光纤光栅锚索测力计

测试目的:桥梁拉索索力动静态实时监测

产品配置:EBA-OFL光纤光栅锚索测力环

EBA-OFL光纤光栅锚索测力环周身为高强度的合金圆筒, 筒体内置3~ 6个高精度的光纤光栅应变传感器。波长解调仪可以测量作用在锚索测力计上的总荷载, 也可以分别读取每个传感器从而测量出不均匀荷载及偏心荷载。外置有温度补偿环, 对于长期监测提供温度补偿。目前我公司提供的光纤光栅索力计具有优异的测量精度和温度漂移自补偿性能。

量程

1000KN,3000KN,5000KN(更大量程可定制)

分辨率

0.01% F.S.

测量精度

0.1%~0.5%F.S.

中心波长范围

1525~1565 nm

安装部位

索头

应变光栅数量

3~12只(内置温补光栅1只)

工作温度范围

-50~+80℃

 

十三、光纤光栅自温补焊接式表面应变计

测试目的:桥梁钢箱梁等结构表面应变动静态实时监测

产品配置:EBA-OFS30自温补光纤应变计

EBA-OFS30自温补光纤应变计是针对高压输电铁塔、桥梁钢箱梁、减震阻尼器、金属锚具及其他金属结构件应力变形测量需求开发的高性能应变计。采用光纤金属化激光焊接工艺和温度自补偿结构封装,具有全光测量、不受雷击、不受电磁干扰、精度高、长期零点稳定、焊接操作简便、动态特性良好等特点。

量程

± 3000με

应变分辨率

0.1με

工作温度范围

-55~+80℃

规格尺寸

钢结构表面应变测量标距:16mm

封装方式

铠装

安装方式

焊接/粘接

传感器引出线

铠装光缆,长度1.5m±0.2m

传感器之间级连方式

首尾串接或通过光分路器并接

在完成对被测钢结构表面监测位置的局部打磨后(打磨面积为10mm×30mm),EBA-OFS30自温补光纤光栅应变计可用上海拜安传感技术有限公司配套的专用焊枪头在5毫秒内完成焊接安装,使现场安装工艺极为简化。

EBA-OFS30光纤应变计安装照片

EBA-OFS30自温补光纤光栅应变计引出光纤采用专用的PE批覆铠装光纤,具有优异的耐温性能和耐腐蚀、耐老化性能,可保证长期在野外环境存活。

 

十四、MEMS光纤加速度计

产品配置:EBA-MA10光纤MEMS加速度计

EBA-MA10光纤MEMS加速度计是一种单分向的宽频带加速度传感器,是建立在微米/纳米技术(micro/nanotechnology)基础上的21世纪前沿技术,它将加速度检测质量块、弹性支撑体、光学反射微镜、光入射及出射波导直接集成在一个微小的芯片上,真正实现了对加速度信号的全光检测,具有探头和传输线路不供电、抗电磁干扰、动态范围大、体积小巧、远距离光信号传输等诸多优点。

EBA-MA10光纤MEMS加速度计灵敏度高,动态范围大、线性度好、低频从0Hz开始,具有平坦的频率特性响应、相位呈线性变化,技术参数一致性好、性能稳定可靠。

EBA-MA10光纤MEMS加速度计广泛应用于地震监测、建筑桥梁健康监测与测试、工业系统结构监测与测试、海洋平台结构监测等领域。

型号

EBA-MA10

量程

±10g

分辨率

0.5mg

频响范围

0~1000Hz

常温工作温度

-55~80℃

传输距离

10km

外形尺寸

20 mm×20 mm×40mm

 

十五、MEMS光纤双轴倾角仪

产品配置: EBA-OFC90A2光纤MEMS双轴倾角仪

EBA-OFC系列产品是上海拜安传感技术有限公司研发生产的双轴倾角传感器,采用建立在微纳米技术基础上的21世纪前沿技术,将角位移检测敏感结构件、弹性支撑体、光学反射微镜、光入射及出射波导直接集成在一个微小芯片上,真正实现对倾角信号的全光检测,具有探头和传输线路不供电、抗电磁干扰、动态范围大、远距离光信号传输等诸多优点。可应用于倾角测量、水平调整、垂直监控、姿态记录等。

相比于传统的光纤光栅倾角传感器,本系列产品体积小、测量精度高、测量范围宽、安装方便、故障率低,在强电磁干扰、潮湿、腐蚀等恶劣环境下具有显著优势。

项目

EBA-OFC90A2

分辨测量范围(deg)

±90°

分辨率(deg)

0.01°

工作温度范围

-40~80℃

频响范围

0~20Hz

光纤最大传输距离

10km

 

十六、高精度10KHz光纤传感分析仪

产品配置: EFT610-16G高精度10KHz光纤传感分析仪

EFT610-16G高精度10KHz光纤传感分析仪是上海拜安传感技术有限公司研制的面向先进制造工业领域高可靠、高精度、宽温区、高动态波长信号解调的无风扇模块式设备。可用于光纤光栅、光纤F-P、光纤微机电等各类波长调制型光纤传感器的动态信号解调,如温度、应变、压力、振动、位移和多分量动态力、动态载荷的高灵敏度、多路高速同步测量。与国内外不同厂商的光纤光栅传感器和光纤F-P传感器、MEMS光纤传感器均具有良好的兼容性。可广泛应用于先进工业测量、机电设备在线监测与故障诊断分析、国防工业试验测试及科研教学。

EFT610-16G高精度10KHz光纤传感分析仪

EFT610-16G高精度10KHz光纤传感分析仪基于波长可调谐扫描激光器技术原理,由多片FPGA级联构造成高速并行总线式实时处理器阵列,数据处理能力达到60Gbit/s,保证了16个测量通道彼此并行独立,可以同步进行各自高达10KHz的动态波长信号解调,波长分辨率为0.1pm,波长测量精度达到±1pm,各项性能指标均处于国内外最先进水平。

EFT810-16G光纤传感分析仪内置在线校准波长参考模块,出厂后无需校准。同步采样速率可在0-10KHz范围内软件设定。

型号

EFT610-XXG(XX代表不同的传感通道数量)

传感通道数

1/4/8/16

每通道最大测点数

25(光纤光栅),1-4(光纤F-P或波长型MEMS传感器)

同步采样频率

10000Hz(16通道同步采样,频率可在0-10000Hz设定)

波长测量范围

1527nm~1566nm

被测信号谱3dB带宽 (FBG或F-P)

可软件设定,具备反射谱、透射谱自识别功能

动态范围

≥20dB

波长分辨率

0.1pm

波长精度

±1pm

工作温度范围

-25~+60℃ (可定制军工级-55~+70℃)

储存温度

-60~+75℃

远程监测能力

20km;不考虑额外损耗,更高的特殊要求可定制

电源

DC9-36V

功耗

40W

光学接口

24芯MPO(光航空插头)

计算机接口

1000M以太网接口(电航空插头)

软件

适用于WINDOWS XP及更高版本WINDWS操作系统,支持光谱显示、波长测量、物理量测量等多种工作模式,支持数据、曲线等显示方式和可设定时间间隔的数据存储功能。具有设备在线自诊断功能。

机箱

无风扇高可靠嵌入式模块结构

二次开发接口

提供标准API方便二次开发和应用集成,也可按照用户指定的通讯规约提供相应的接口通信软件

产品检验

符合电磁兼容、环境可靠性、冲击振动等要求

 

十七、高精度100Hz光纤传感分析仪

产品配置: EFT210-16高精度100Hz光纤传感分析仪

EFT210-16高精度便携式光纤传感分析仪采用业内先进的并行光谱同步探测技术,可对工程现场光纤传输线路损耗或光分路器级连损耗导致的微弱光纤传感信号进行准确检测。适用于温度、应变、压力、位移等多种类型光纤光栅传感器的信号解调。

EFT210-16光纤传感分析仪采用无风扇、固封模块式设计,具有内置低功耗嵌入式处理器设计,性能稳定可靠。可兼顾野外恶劣环境长期在线监测及便携式检测两种应用场合。

EFT210-16高精度便携式光纤传感分析仪是业内体积小、重量轻(1.75kg)、功耗低(10W)、可靠性高的波长信号解调设备,具有1-16个光纤光栅传感通道,可实现0-100Hz高速同步采集,波长解调精度优于±1pm。适用于温度、应变、压力、位移等多种类型光纤光栅传感器的信号解调。

EFT210-16高精度便携式光纤传感分析仪数据接口均为标准100M以太网,具有16通道同步25Hz、16通道同步100Hz两种规格产品,外观尺寸和重量完全相同。

型号

EFT210-XX(XX代表不同的传感通道数量)

传感通道数

4/8/16

每通道测点数

1只MEMS光纤压力传感器+1只MEMS光纤温度计或1-50只光纤光栅传感器

同步采样频率

25Hz/100Hz(所有通道同步采样)

波长测量范围

1525nm~1565nm(1510nm~1590nm可选)

被测信号谱3dB带宽 (FBG或F-P)

可软件设定,具备反射谱、透射谱自识别功能

动态范围

≥50db

波长分辨率

0.1pm

波长精度

±1pm

应变测量精度

±0.1με(典型值)

加速度分辨率

0.01%FS(典型值)

温度测量精度

±0.1℃(典型值)

工作温度范围

-10~+60℃

储存温度

-50~+70℃

远程监测能力

50km;不考虑额外损耗,更高的特殊要求可定制

电源

DC12V,正常工作电流为0.8A,最大工作电流为2A

光学接口

FC/APC

通信接口

10/100M以太网、RS232

适用光纤传感器类型

温度、应变、压力、位移、振动等光纤光栅和光纤F-P传感器

软件

适用于WINDOWS XP及后续版本操作系统,支持全光谱显示、波长测量、物理量测量等多种工作模式,支持数据、曲线等显示方式和可设定时间间隔的数据存储功能。具有设备在线自诊断功能。

二次开发接口

提供标准API方便二次开发和应用集成,也可按照用户指定的通讯规约提供相应的接口通信软件

外形尺寸

250mm×220mm×40mm

重量

1.74kg

产品检验

符合包括电磁兼容、环境可靠性、功能及性能测试要求等。

 

更多相关产品信息,请联系欧美大地。

服务热线:400-700-9998

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