传感器在桥梁健康监测中一直起着非常重要的作用,它不仅制约着健康监测的内容,而且直接决定了监测系统的可靠性和工作寿命。随着科学技术的进步,近年来传感器发展快速,一些更加可靠、精确和便宜的新型传感器的开发和应用,有力地推动了桥梁健康监测的发展。如: MR 风速仪、智能全站仪、光纤传感器以及以压电材料、电磁致伸缩材料制成的振动测量传感器等。目前桥梁工作环境、动力性能、位移等已成为大多数监测系统必选的项目,象香港三桥、钱江四桥、润扬大桥等较为完备的桥梁监测系统,其监测项目较为完整,系统结构也更合理,一些新型传感器和监测方法在这里被逐步采用。面对健康监测发展的新情况,传感器的选取和优化设计显得尤其重要。文中将对桥梁监测中一些常用及新型传感器的功能性状简要评述。

　　1、工作环境监测。

　　桥梁工作环境监测包括:1)车辆荷载,目前基本采用动态地秤对公路、铁路荷载进行监测。2）风速、风向、常用MR风速仪。3)温度场、电子温度计或应变式温度计。4)偶然荷载如地震或船舶撞击荷载。环境监测目前还在起步阶段,对传感器的要求较低,其传感器的发展也相对较慢。

    2、振动测量。

　　振动监测中将振动信号转换成便于传输、放大和记录的电信号。目前应用最为普遍的为加速度传感器。常用的有:压电式、压阻式、电容式、力平衡式等。后面会着重针对各类常用加速度传感器进行介绍。下图为不通原理传感器外形区别。

　　3、位移测量。

　　对于不同结构形式及规模(跨径)的桥梁,其位置及位移测量的设备有所不同,常规的有电子测距仪、连通器等。GPS系统曾在香港三桥中被用于位移监测,其优点是测量不受气象条件的影响,另外测站之间不要求满足通视的条件;缺点是设备的价格较高,另外其定位精度尚不能满足小跨径桥梁位移测量的需要。智能全站仪的出现让位移监测在精度、自动化、智能化上得到大幅提升。此外,在缆索承重桥梁中,倾角仪常用于线性测量。

　　4、拉索索力、吊杆拉力测试。

　　目前工程上常用的索力测试方法有压力表测定法、压力传感器测定法以及频率法。前两种方法一般仅适用于正在张拉的拉索索力测定,很难对已张拉的拉索进行复测。频率法是一种成熟的测试方法,根据索的自振频率与张拉力之间的关系来换算出索力。频率法的精度取决于高灵敏度拾振技术以及准确的索力、频率对应关系。

　　随着高灵敏度拾振技术的进步,频率测量的费用大幅度下降,并且通过拉索垂度、斜度等因素对斜拉索索力测量影响的深入研究,频率法已经能满足斜拉桥索力测量高精度的要求。一些新型传感器,如磁弹仪和光纤光栅压力传感器也逐步在工程实践中得到应用。

　　5、应变测量

　　应变是某一构件长度变化量与原来长度的比值,是一个无量纲量,有许多测量应变的方法。目前常用的有电阻式应变计和振弦式应变计。

　　电阻式应变计利用应变片的电阻变化与被测结构物的应变成正比的原理来测量应变,其敏感性好,但稳定性差,长时间测量会产生漂移,适用于短时间的静力或动力试验。

　　振弦式应变计是利用被测结构物的应变与振弦频率之间的关系,这种方法稳定性好,但由于振弦式应变计的尺寸不能做得很小,对应力梯度大的部位难以测出某一点的应变,适用于静态应变或应变变化较慢的长期监测。

　　6、几种新型传感器

　　1)光纤传感器。按照是否对所测量的信号进行调制可分为:非本征型和本征型。非本征型光纤不与结构一起变形,只起信号传输作用,由另外的装置对载波光进行强度调制获取信号。本征型光纤传感器不仅传输信号,也起传感作用,即通过光纤自身的光弹效应、双折射效应、磁光法拉第效应等,把待测量信号调制为光的相位、偏振或者波长的变化。

　　2)磁弹仪。目前被较多地应用于索力监测。磁弹仪及其组件可以直接安装在索股上,对索股无损伤。该仪器是利用磁通量的变化与拉索应力的改变有关这一特性研制而成的。磁弹仪是一个环形的装置,主线圈缠绕在待测索股上，用以感应磁通量的变化。磁弹仪技术先进、安装方便、实时性好,适用于拉索的长期监测,不足之处是对不同的材料必须标定调试,仪器的抗干扰性和稳定性还不够好。

　　3)智能全站仪。全站仪通过测出已知坐标(位置)点与被测点之间的距离及三个方向的夹角来确定被测点的位置。该设备的优点是测量精度高、测程远,适用于不同跨径的桥梁位移测量,能自动识别目标,该仪器的不足之处是受气象条件的影响较大,在有雾、下雨的情况下,仪器的测程、测量精度将受到影响。

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