橋梁結構監(jiān)測中的應用

　　1、傳統(tǒng)測控系統(tǒng)迂到的挑戰(zhàn)

　　公路、鐵路、橋梁和一些重要的建筑設施是進行國民生產的基礎，隨著交通運輸事業(yè)的快速發(fā)展，各種大型橋梁在交通工程中的重要性日益突出，在人為外力或自然災害的影響下如何準確及時的監(jiān)測橋梁健康狀況成為保證交通安全的重大挑戰(zhàn)。但是由于橋梁空間跨度大、結構變形復雜、對測試系統(tǒng)動態(tài)特性要求高，傳統(tǒng)的傳感器技術在測試的精度，速度和穩(wěn)定性方面都難以滿足測試的要求，特別是在組建測試網絡時遇到極大的挑戰(zhàn)。而傳統(tǒng)測試系統(tǒng)與橋梁管理信息系統(tǒng)的結合也存在很多困難。因此，采用光纖光柵傳感技術和虛擬儀器技術進行橋梁健康(即橋梁結構)監(jiān)控是有效應對。

　　2、建立橋梁自動監(jiān)測及預警系統(tǒng)監(jiān)控方案

　　大型橋梁健康監(jiān)控的項目主要包括橋梁基礎受洪水沖刷淘空、橋梁整體的沉陷及傾斜、混凝土徐變對長時間撓度的影響、橋梁接縫變化及溫度變化、地震對結構體的影響和超重車對結構休的影響等。

　　方案實際應用。將光纖光柵傳感器統(tǒng)一串連接入到橋梁控制中必的光纖光柵傳感網絡分析儀中，分析儀可對采集到的數據進行分析、保存、打印等，監(jiān)測人員可獲取可靠信息，采取相應措施。獲得數據和分析結果可通過internet傳送到遠處，從達到遠程監(jiān)控的目的;

　　方案的實施。隨著科學技術進步，可建立橋梁自動監(jiān)測及預警系統(tǒng)。圖5為橋梁自動監(jiān)測及預警系統(tǒng)監(jiān)控方案構建圖。它是適用于對大型鋼結構斜拉橋進行監(jiān)控及預警的系統(tǒng)。

　　整個光纖光柵傳感網絡由光纖光柵傳感鏈、傳輸光纜、光纖光柵傳感網絡分析儀、以太網集線器和服務器組成。

　　光纖光柵傳感網絡的實現(xiàn)。根據橋梁構件在載荷作用下受到的拉伸、壓縮、剪切、扭轉和彎曲等復雜變形作用，在橋梁的大梁、索塔、拉索等重要部位分別安裝溫度、應變、測力傳感器，組成光纖光柵傳感網絡。被測量的物理量輸入計算機以后，根據橋梁的力學模型，應用有限元法等力學理論計算被測對象各點的變形。根據目前橋梁安全規(guī)范常用的垂直位移變形對跨徑比的百分數，當某一部位變形超過規(guī)定的極限值時，立即在橋梁監(jiān)測室報警。如果超限是由于車輛超載發(fā)生，可以結合圖像監(jiān)控裝置鎖定違章車輛。系統(tǒng)對橋梁各部分可以進行連續(xù)實時監(jiān)測，綜合評估橋梁的整體可靠性;

　　無線通訊技術的應用。系統(tǒng)利用虛擬儀器的優(yōu)越網絡功能，實現(xiàn)測試網與計算機網的無縫鏈接。監(jiān)測系統(tǒng)接入Intemet的方式可以根據現(xiàn)場環(huán)境選擇GPRS、CDMA、電話線、寬帶網和局域網等。GPRS為通用分組無線業(yè)務和CDMA為碼分多址。采用數據傳輸模塊或無線網卡通過移動公網傳輸數據。GPRS網絡覆蓋面大，但是目前傳輸速率略低;CDMA傳輸速率快、容量大、質量高。有寬帶網接口的環(huán)境中通過寬帶網連接到Intemet是比較理想的方式;

　　橋梁管理信息系統(tǒng)。監(jiān)測數據通過Internet傳輸到橋梁管理中心以后，與基本資料記錄、統(tǒng)計分析、維修記錄等模塊共同組成橋梁管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)路網上龐大的橋梁系統(tǒng)集中管理。根據BMIS數據量大、數據類型多、數據結構復雜的特點，采用SQL(結構化查詢語言)服務器數據庫進行數據存儲。通過對橋梁監(jiān)測歷史數據分析，系統(tǒng)逐月、逐句、逐年評估橋梁健康狀況，總結橋梁變形規(guī)律，預測橋梁壽命，提供橋梁維護管理的科學依據。測試系統(tǒng)能自動描繪性能曲線，生成并打印狀態(tài)報告。系統(tǒng)功能的開放性為增加后續(xù)模塊提供了保證，其預測能力隨著實際應用逐步提高。

　　該監(jiān)測工程是為了輔助和改進對橋梁結構所進行的人工監(jiān)測和評估工作。可以報告橋梁的工作溫度環(huán)境，報告橋梁的主要構件的實際內力分布和振動狀況，報告橋梁的主要構件是否有損害，或累積性損壞，并且給橋梁的營運管理和維修決策者提供橋梁的警告信息。

　　在石油、天然氣井中的應用

　　石油、天然氣井的檢測是石油和天然氣開采過程中最基本和最關鍵的環(huán)節(jié)之一。壓力、溫度、流量等參量是油氣井下的重要物理量。故對這些量進行長期的實時監(jiān)測，及時獲取油氣井下信息，對石油工業(yè)具有極為重要的意義。傳統(tǒng)的電子傳感器無法在井下惡劣的環(huán)境，諸如高溫、高壓、腐蝕、地磁的干擾下工作。光纖先柵傳感器可以克服這些困難，其抗電磁干擾能力和耐高溫、腐蝕能力能夠精確地測量井下環(huán)境的參數。同時光纖傳感器具有分布式測量能力，可以測量井下參數的空間分布，給出剖面信息。而且光纖傳感器橫截面積小，在油氣井中占據空間極小。因此，將光纖傳感器應用于石油測井具有極廣闊的前景。