采用 HBM 測(cè)量技術(shù)進(jìn)行橋梁監(jiān)控

發(fā)布時(shí)間：2023-08-07 點(diǎn)擊次數(shù)：1089

Zezelj 大橋, 諾維薩德 — 諾維薩德新建的Zezelj大橋（正在建設(shè)中）。來源：Shutterstock.com

采用 HBM 測(cè)量技術(shù)進(jìn)行橋梁監(jiān)控

帶有472個(gè)傳感器的監(jiān)控解決方案可以長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控橋梁性能

?e?elj 大橋是多瑙河上的拱橋，用于連接塞爾維亞諾維薩德的鐵路和公路交通。建于1961年，由著名的土木工程師 Branko?e?elj 設(shè)計(jì)，并采用獨(dú)特的預(yù)應(yīng)力混凝土施工，許多人對(duì)橋梁的耐久性有疑問。所以，為了讓群眾放心，布蘭科在測(cè)試過程中在橋下劃船。

不過在1999年北約爆炸事件中，這座橋遭到12次轟炸，最后在多次打擊后，于1999年4月23日被摧毀。這是諾維薩德的最后一座橋梁，即“高貴的鐵砧”。

連接人民，國(guó)家和經(jīng)濟(jì)的新橋梁

?e?elj 大橋正在重建，預(yù)計(jì)到2017年底將完成施工。其設(shè)計(jì)將與舊橋類似，但材料將由鋼拱結(jié)構(gòu)構(gòu)成。長(zhǎng)達(dá)474米，將承載兩條鐵軌，兩條機(jī)動(dòng)車車道，兩條自行車和行人專用道。

歐盟正在參與該項(xiàng)目的資助，因?yàn)樗前蜖柛筛鲊?guó)和歐盟的重要運(yùn)輸線。

橋梁的機(jī)械結(jié)構(gòu) — 新橋機(jī)械結(jié)構(gòu)（TRC圖）

現(xiàn)代設(shè)計(jì)需要更高效的監(jiān)控系統(tǒng)

鐵路和交通橋梁的行為需要復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)，由于負(fù)載的類型和強(qiáng)度不同，橋梁結(jié)構(gòu)安全在日常生活中非常重要。

土木工程與大地測(cè)量部（FTN - 諾維薩德技術(shù)科學(xué)院）與TRC PRO（技術(shù)研究中心）長(zhǎng)期合作，一直使用HBM 測(cè)量技術(shù)。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè) 包括觀測(cè)，數(shù)據(jù)采集，傳輸和分析。目標(biāo)是形成一個(gè)跟蹤橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以確定橋梁的安全和性能（承載能力，剛度，適用性和耐久性）的任何潛在惡化。

橋梁關(guān)鍵區(qū)域

該項(xiàng)目采用分布式多通道配置，對(duì)關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行永久監(jiān)控：

實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析（耐久性試驗(yàn)）：4個(gè)中跨帶，8個(gè)支撐區(qū);
吊架強(qiáng)力測(cè)量：12個(gè)吊架;
垂直位移：12個(gè)中跨帶和8個(gè)支撐區(qū);
縱向位移：4個(gè)支撐區(qū);
傾角：12個(gè)中跨帶和9個(gè)支撐區(qū);
加速度，頻率和阻尼參數(shù)：12個(gè)中跨帶和9個(gè)支撐區(qū)
橋梁結(jié)構(gòu)中的溫度測(cè)量：12個(gè)中跨帶和9個(gè)支撐區(qū)。

在橋梁上安裝的應(yīng)變片 — 帶有溫度補(bǔ)償?shù)膽?yīng)變片直接黏貼在橋梁結(jié)構(gòu)上 (TRC 圖)

受保護(hù)的應(yīng)變片 — 帶有保護(hù)層的應(yīng)變片 (TRC 圖)

橋梁上的 PMX 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) — PMX 測(cè)量和控制系統(tǒng)安裝在橋梁上

安裝了 472 個(gè)傳感器

總共安裝了 472 個(gè)傳感器:

在橋梁的14個(gè)區(qū)域安裝了 328個(gè) HBM 應(yīng)變片應(yīng)變片（LY41系列）（實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析）
80個(gè)力傳感器（吊架力監(jiān)測(cè)）
4個(gè)可移動(dòng)支撐部分中安裝了12個(gè)位移傳感器（用于水平位移）
在20個(gè)結(jié)構(gòu)和一個(gè)中心區(qū)安裝32個(gè)雙軸傾斜儀（用于雙軸傾斜和加速度測(cè)量，垂直位移）與嵌入式三軸加速度計(jì)和溫度傳感器。
在測(cè)量點(diǎn)直接進(jìn)行調(diào)整

可靠的傳感器技術(shù)

用于測(cè)量的基本設(shè)備是應(yīng)變片，其直接黏貼到橋梁結(jié)構(gòu)上或作為力傳感器中的感測(cè)元件?；趹?yīng)變的傳感器具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。這在橋梁項(xiàng)目中很重要，因?yàn)樵跇蛄旱恼麄€(gè)生命周期中不可能停止運(yùn)行，并重新校準(zhǔn)。

除此之外，本應(yīng)用中使用的 LY41 系列應(yīng)變片具有良好的溫度補(bǔ)償性能，這非常必要，因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)面臨著多種天氣和溫度條件。

對(duì)于數(shù)據(jù)采集，采用的是 HBM PMX 系統(tǒng)。

安裝后，測(cè)量點(diǎn)被覆蓋以防止損壞和電磁干擾（EMI）。

調(diào)整可在測(cè)量點(diǎn)直接調(diào)整

測(cè)量和數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)必須完成以下幾項(xiàng)任務(wù)：快速可靠的測(cè)量，易于設(shè)置，實(shí)時(shí)計(jì)算，診斷，無需額外的軟件安裝，所有這一切都可以通過PMX測(cè)量和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

作為對(duì)灰塵和EMI的額外保護(hù)，PMX數(shù)據(jù)采集單元包括電源安裝在機(jī)柜中，這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

在第一步中，所有信號(hào)都以19.2 kHz進(jìn)行采樣，保證了測(cè)量信號(hào)的高測(cè)量帶寬和評(píng)估。所有調(diào)整均通過通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口和內(nèi)部PMX網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行處理。

該解決方案提供了極大的好處：可以在安裝點(diǎn)或控制室的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)直接進(jìn)行調(diào)整，甚至可以遠(yuǎn)程完成額外的WiFi可用。所以每個(gè)工程師都能夠?qū)崟r(shí)了解應(yīng)用程序和測(cè)試狀態(tài)。內(nèi)置操作控制防止不安全的操作。

PMX webserver 截屏 — 帶有測(cè)量信號(hào)，計(jì)算和 I/O 信號(hào)的 PMX webserver 概覽

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)概念

這些要求捕獲了幾個(gè)任務(wù)。對(duì)于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，PMX系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)都將通過以太網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并采用服務(wù)器進(jìn)行評(píng)估和控制。作為備份，每個(gè)PMX都有一個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄器，并在其內(nèi)部存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)帶有時(shí)間戳的數(shù)據(jù)。所以以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。重新建立網(wǎng)絡(luò)后，可以從每個(gè)PMX傳輸數(shù)據(jù)站傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器。

建立狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

PMX監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行在長(zhǎng)約 500 米的整個(gè)橋上。但要獲得有價(jià)值的測(cè)量結(jié)果，每個(gè)PMX的采樣率系統(tǒng)和每個(gè)測(cè)量通道必須同步。因此，每個(gè)PMX系統(tǒng)通過以太網(wǎng)和NTP協(xié)議進(jìn)行同步。

另一方面，必須集成NTP服務(wù)器，將時(shí)間戳發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)PMX設(shè)備。

該項(xiàng)目中使用的是HBM catman 數(shù)據(jù)采集軟件，它是可視化，存儲(chǔ)和事件監(jiān)控的強(qiáng)大軟件。這個(gè)軟件還包括一個(gè)NTP - 同步所有PMX系統(tǒng)的時(shí)間服務(wù)器。一旦系統(tǒng)設(shè)置并運(yùn)行，同步處于幾毫秒的范圍內(nèi)。

強(qiáng)大的實(shí)時(shí)計(jì)算與PMX Smart功能

在第二步中，所需和相關(guān)的信息必須實(shí)時(shí)計(jì)算。這可以通過PMX的智能功能完成。智能功能包括幾個(gè)數(shù)學(xué)功能，如計(jì)算器，邏輯功能，過程評(píng)估以及 PID 控制器功能。

實(shí)時(shí)診斷與PMX監(jiān)控系統(tǒng)

詳細(xì)而深入的診斷存儲(chǔ)在PMX日志文件中。該文件存儲(chǔ)在 PMX 內(nèi)部存儲(chǔ)器中。其允許100％覆蓋整個(gè)測(cè)試和測(cè)量過程。

數(shù)據(jù)采集和評(píng)估

可以設(shè)置不同的圖形用戶面板和數(shù)據(jù)記錄器，以進(jìn)行不同的監(jiān)視任務(wù)。事件監(jiān)視系統(tǒng)可通過電子郵件發(fā)送或推送通知到移動(dòng)電話。可即時(shí)反饋橋梁狀況，并設(shè)置正確的交通標(biāo)志。

“可以設(shè)置不同的圖形用戶面板和數(shù)據(jù)記錄器，以進(jìn)行不同的監(jiān)視任務(wù)。事件監(jiān)視系統(tǒng)可通過電子郵件發(fā)送或推送通知到移動(dòng)電話。可即時(shí)反饋橋梁狀況，并設(shè)置正確的交通標(biāo)志。”

Hotimir Licen from TRC PRO

優(yōu)異結(jié)果，優(yōu)異性價(jià)比

由于預(yù)算有限，PMX平臺(tái)由于性價(jià)比優(yōu)異而被選為解決方案。具有以下優(yōu)勢(shì):

精度高，分辨率高
靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量
傳感器通用系統(tǒng)
可進(jìn)行溫度補(bǔ)償
帶有以太網(wǎng)接口的分布式系統(tǒng)
通過 NTP 進(jìn)行同步測(cè)量
可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的獨(dú)立操作，并使用HBM catman軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問。

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采用 HBM 測(cè)量技術(shù)進(jìn)行橋梁監(jiān)控

帶有472個(gè)傳感器的監(jiān)控解決方案可以長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控橋梁性能

連接人民，國(guó)家和經(jīng)濟(jì)的新橋梁

建立狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

連接人民，國(guó)家和經(jīng)濟(jì)的新橋梁