最新资讯:
技术文档 >> 返回 您当前所在位置:首页 > 服务支持 > 技术文档 > 正文

传感器的选择-结构健康监测系统设计专题

更新时间:2015-07-22 20:03:39点击次数:8327次字号:T|T

传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置,通常由敏感元件和转换元件组成。其中,敏感元件是指传感器中能直接感受和响应被测量的部分;转化元件是指传感器中能将敏感元件的感受或响应的被测量转换成适于传输和测量的电信号部分。传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学和生物等特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)输入转换成电量(电压、电流、电容、电阻等)输出。

结构健康监测项目需要利用大量的高性价比传感器,实现对结构性能及周边环境的实时或准实时监测,为结构或构件的损伤识别、功能评价等提供信息。结构健康监测所采用的各种类型传感器的核心功能是获取各种准确、有效和可靠的结构及周边环境信息。

大多数结构健康监测项目是从结构监控与评估出发,也可以兼顾结构设计验证,部分监测项目可以适当增加以科学研究为目的的功能和内容。根据结构健康监测项目功能和目标的不同,需要结合实际工程特点和工程造价选择传感器的类型和数量并进行优化布置。

从目前传感器发展水平和功能特性看,结构健康监测传感器主要采集如下几个方面的结构及周边环境信息:

1 环境特性:包括结构所在地及相关周边环境的温度、湿度、气压、风力、风向等参数。

2 地震动:包括研究结构所在场地地面运动的空间与时间变化、行波效应、多点激励对结构响应的影响等。

3 结构整体性能:包括环境条件变化及长期环境作用对结构材料特性、静力状态和动力特性的影响,也包括结构在强风、强地面运动下的非线性特性等。

4 结构局部性能:包括诸如边界和联接条件、构件、节点及连接部分的疲劳问题,构件的破坏机制等;

5 耐久性:包括构件的裂缝、碳化、氯化、腐蚀、锈蚀等问题。

传感器的基本分类

宏观概念上的结构健康监测应包括或借鉴结构外观检查、无损检测(含半无损检测)的手段和技术,并应根据结构形式,结合相应的国家规范和标准进行监测及检测。从这个角度可以将传感器分为检查及检测用传感器和监测用传感器两部分。


另一方面,按照健康监测传感器所监测的结构或环境参数(主要包括力、变形、加速度、局部损伤等)可以将传感器分为各种较为详细的类型。

3.1.1检查及检测用传感器类型

1 环境检测传感器:温度计、湿度计。

2 几何检测传感器:测距仪激光三维定位仪、全站仪。

3 材料强度检测传感器:混凝土回弹仪混凝土动态模量测试仪金属硬度计

4 材料特性检测传感器:混凝土强度测定仪混凝土保护层测试仪混凝土厚度测试仪混凝土耐久性测试仪混凝土渗透性测试仪、混凝土粘结强度测定仪金属强度测定仪

5 材料损伤检测传感器:混凝土电阻率测试仪碱含量快速测定仪钢筋锈蚀测试仪阳极极化仪腐蚀检测氯含量快速测定仪裂缝深度测定仪裂缝宽度测定仪超声波探伤仪冲击回波测试仪、脉冲雷达、声发射仪、层析摄影仪、远红外热像仪、共振超声光谱仪。

6 力检测传感器:拉(压)力计

3.1.2监测用传感器类型

1 环境监测传感器:

(1) 温度:


1) 接触式:热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器、半导体温度传感器、膨胀式温度计、光纤温度计。


2) 非接触式:红外测温仪、光学温度计。

(2) 湿度:电子湿度计。

(3) 风速:机械式风速仪、超声风速仪、多普勒雷达、多普勒SODAR

(4) 地震:地震仪、强震仪。

2 几何监测传感器:位移计、倾角仪、全球卫星定位系统(GPS)、电子测距器(EDM)、全站仪。

3 结构响应监测传感器:

(1) 应变:电阻应变计、振弦应变计、光纤应变计。

(2) 位移:百分表、连通管、LVDT、电阻电位计、激光测距仪、综合型加速度计(位移档)、微波干涉仪。

(3) 转角:倾角仪。

(4) 加速度:压电加速度计、伺服式加速度计、电容式加速度计、雷达测速仪、激光多普勒速度仪(Laser Doppler Vibrometer,简称LDV)。

(5) 速度:综合型加速度计(速度档)。

(6) 内力:

1) 应变式压力传感器:筒式应变测压传感器、活塞式应变压力传感器、平膜片式应变压力传感器。