磁通量传感器在桥梁索力监测中的应用
斜拉桥斜拉索索力测试方法综述
Ａ ｒ，（７ ｐｌ Ｘ ｉ２ ）
文章编号 ： ３１９（（７０一 １一 １ 一 ５２ ） ０ ８ ３ ） Ｘ （ ９ Ｘ ４ ０ ０ ）
斜拉桥斜拉索索力测试方法综述
刘志勇
（ 石家庄铁道学院 土木工程分院， 石家庄 ０加４ ） ５ ３
摘要 ： 文章介绍了 抖拉桥科拉索张拉和索力测试过程中， 常用的几种测试方法（ 压力表法、 压力传感器测
计算方法 ｝ 能量法 ｝ 力法 ｝ 有限元法 ｝ 积分法 简支梁
连续梁
３ ４ ｝３ ７ １ ２ ８ ０． ８ ０．５ ９．７ ８． １ ！ ７． ５ ３４ ９ ３１ ８．２ １６
多， 或者越接近于其真实挠曲线方程的位形模式时， 能 量法的计算精度就越高。按能量法求解无粘结预应力 筋的应力增量不但适用于直线配筋荷载对称的结构 ， 还适用于曲线配筋、 分段配筋 、 变刚度和任意荷载情况 下的结构， 对于解决超静定结构问题则会带来很大的 方便。很显然， 当求解超静定结构无粘结预应力筋的 应力增量时， 积分法和粘结降低系数法就显得无能为 力； 力法虽可以解决超静定结构问题， 但当超静定次数 较多或配筋和荷载情况较为复杂时， 用力法计算就非 常繁琐。与此相比， 能量法不但计算简单 ， 而且推导过 程清晰 ， 逻辑严密， 其计算结果也是很可靠的。
足设计要求， 需对斜拉桥的索力进行调整。而索力量 测效果将直接对结构 的施工质量和施工状态产生影 响， 要在施工过程中比较准确地了解索力的实际状态 ， 选择适 当的量测方法和仪器， 并设法消除现场量测 中 各种因素的影响非常关键。 迄今为止， 可供现场测定索力的方法主要有 ４ 种： ） １压力表测定法； 压力传感器测定法； 频率法； ） ２ ） ３ ） ４
斜拉桥索力检测磁通量法
斜拉桥索力检测磁通量法斜拉桥是一种通过索力将桥面悬吊在桥塔上的特殊桥梁结构，能够有效地减小桥梁自重，并且能够承受较大跨度的桥梁。
而为了确保斜拉桥的结构安全和稳定，需要对斜拉索力进行定期检测。
目前，斜拉桥索力检测常用的方法之一就是磁通量法。
磁通量法是一种应用电磁原理进行斜拉索力测量的技术。
它是基于法拉第电磁感应定律，通过测量磁感应强度的变化来求解斜拉索力。
具体的测量原理和步骤如下：1.原理：斜拉索力会导致桥墩中的变形，进而改变桥墩中磁线的通量密度。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，感应线圈中会产生电动势。
因此，通过测量感应线圈中的电动势变化，可以间接反映斜拉索力的变化。
2.测量步骤：-将感应线圈安装在桥墩上，并与测量仪器相连；-当索力产生变化时，桥墩中的变形会导致磁场的变化，产生感应电动势；-使用测量仪器测量感应电动势的变化，并记录数据；-根据测量数据计算出斜拉索力的变化。
磁通量法在斜拉桥索力检测中具有以下的优势和特点：1.无损检测：磁通量法不需要对桥梁结构进行改变或者破坏性的施工，可以实现无损检测。
这对于保护斜拉桥的结构完整性和安全性非常重要。
2.准确度高：通过精确测量感应线圈中的电动势变化，可以获得较为准确的斜拉索力变化。
这对于斜拉桥的运行和维护具有重要意义。
3.实时性好：磁通量法能够实时监测斜拉索力的变化，及时发现异常情况，提高了桥梁的安全性能。
4.适用性强：磁通量法适用于不同类型和不同材质的斜拉桥，具有较好的适用性。
然而，磁通量法也存在一些局限性和挑战：1.测量精度受限：由于磁通量法是间接测量方法，测量精度受到很多因素的影响，如磁场的均匀性、感应线圈的位置等。
因此，在实际应用中需要根据实际情况进行调整和修正。
2.设备要求高：磁通量法需要使用专业的测量设备，并且对设备的性能要求较高，包括感应线圈的选取、设备的灵敏度等。
3.用户技术要求高：磁通量法需要有一定的电磁原理和测量知识的用户来操作和解读测量结果。
磁通量传感器在高边坡预应力锚索索力监测中的应用_王晓琳
［1］伍世明． 浅谈高层建筑测量放线的方法及改进策略［J］． 科学之友，
2014，24∶ 48．
2013，04∶ 65 － 66．
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
（ 上接第 209 页） 展，对于铁路现代化进程起到了重要的作用，但是随着
（ 6） ．
磁通量成正比 关 组 应 力、温度下的试验，建立磁导率变化与温度、结构应力的对应关系后，即 可在实际使用中测量用该种材料制造的构件的应力［5］。 3 磁通量传感器性能试验 3． 1 温度试验
温度对锚索的磁导率随 温 度 变 化 有 一 定 影 响，从 而 影 响 其 测 量 结 果，测量时需要做温度补偿。常温下（ － 40℃ ～ 80℃ ） ，构件磁导率与应 力关系曲线自身的斜率却并不会改变。在构件不受力情况下做好温度 率定实验，然后能够通过温度补偿在任何测量范围内的环境温度状况 使用。
磁通量传感器测量方 法 具 备 精 度 高、耐 久 性 好、寿 命 长 等 优 点，且 是一种无损、非接触式的测量方法，能够实现多截面的安装与测量。通 过对温度试验获取 温 度 修 正 系 数，能 够 消 除 现 场 温 度 对 测 量 的 影 响。 磁通量传感器监测法能有效地用于边坡锚索的全寿命周期的长效监 测，有着良好的应用前景。
索力监测系统，用以验证设计假定、监视施工质量和服役期安全状态； 确保边坡结构的安全、适用与耐久性［iii］。磁通量传感器监测法是基于
一种铁磁性材料的磁弹效应原理的测量方法。即当铁磁性材料承受的
外界机械荷载发生变化时，其铁材质内部的磁导率随之发生变化，通过
测量铁磁性材料制成的 构 件 的 磁 导 率 变 化，来 测 量 构 件 的 内 力。 该 方
磁通量传感器在体外索力检测中的应用
值时得到 （ ） ： ２式
Ｌ 尺， ， （ Ｈ）＝ （ ， ）＋ Ｒ＋ 尺 ＋ 。 （ ） Ｌ ｏ ０ ｍ。 Ａ ２
ｍ。ｍ ， 可从 室温 下 的标定 曲线 中得 到 。
当应力为定值时可得到（ ） ： ３式
Ｌ 尺 ， Ｈ）＝ （ ０ ｍｌ ｍ２ ＋ Ｉ （ ） （ ， Ｌ ｏ，）＋ Ｒ ＋ Ｒ Ａ ３
及 偶然 因素 的影 响 ， 构 内力 和线 性 会 偏 离 设 计 状 结
态， 为了保证施工 的顺利进行 ， 需要对体外索的索力
进 行调 整 。因此 ， 准确 测定 索 力 的 意 义 重大 。虽然 磁 通量 法在 国外 已应 用 于各 种 结 构 的应 力 测 试 ， 而
输出电压 ， 就可以测得磁心的外加力 。铁磁材料的
２ ２ 温度 的标 定 ．
预应 力混 凝 土 Ｔ梁 ＋（０ｍ ＋ ６ ４×１０ｍ ＋６ 预 ０ ０ｍ） 应力混凝 土连续箱梁 ＋ ４ ２ｘ ０ｍ预应力 混凝土 Ｔ梁 ＋ １ ４ｍ×１ｍ预 应力 混凝 土 空心板 。下部构 造 主跨 为 ６ 钻孔灌 注 桩配 预应 力混 凝 土 Ｖ 型墩 ， 副孔 及 引 桥 为
１ 磁 通 量 法 的基 本 原 理
磁通量法是测定索力、 监测拉 索锈蚀的非破坏 性方法。铁磁性材料受外荷载作 用时， 内应力发生 变化 ， 其磁导率随之发生改变 ， 通过测定磁导率的变 化来反映应力变化， 进而测 出索力。磁通量法所用
的材 料是 电磁传 感 器 ， 这种 传 感器 由两层 线 圈组成 ，
图 ２ 磁 通 量 传 感 器 内 部 结构
当通 人 电流 时 ， 激 磁 线 圈 中 会 引 起 磁 化 力 。 在
引言
在预 应 力桥 梁 施 工 过程 中 ， 由于 各种 施 工 误 差
磁通量传感器在柳州文惠桥吊索监测中的应用
线发射器。躲测系统构成见图２。６个传感器的信 号线都集巾于１个８通道的集线开关箱，舞关箱直 接与仪器相连。磁通照传感器属于静态测量，采样 慰闫为１０ ｓ左右。露此远程监控传输的数据量不是 太大，仪器通过Ｒ２３２端日直接与ＧＰＲＳ糕连，将数 据发送给有固定ＩＰ地址的监控计算机，能有效实现 监溪ｌ。ＧＰＲＳ是通用分缱无线业务的麓称，实现了在 移动网络中应用基予糟的服务，可以即时实现网络 连接，发送和接收需要的信息，ＧＰＲＳ能够永远在线。
ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｂｌｅ ｅｘｃｈａｎｇｉｎｇ，ａｎｄ ｃｏｒｔｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｇｒｏｕｐ ｓｗｉｔｃｈ ｂｏｘ，ｅｌａｓｔｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＧＰＲＳ ｗｉｒｅｌｅｓｓ
ｔｒａｎ铒，ｏｎ ｅｓｔ．ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｒｕｌｅ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｍｏｎｉｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ ｅｌａｓｔｏｍｅｇｎｅｔｉｃ ８ｅｎ８０ｌ－ｓ ａ持ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ。 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌａｓｔｏｍａｇｎｅｔｉｅ ｅｆｆｅｃｔ；ｅｌａｓｔｏｍａｇｎｅｔｉｅ ｓｅｎｓｏｒ；ｓｕｓｐｅｎｄｅｒｓ；ｃａｂｌｅ ｆｏｒｃｅ
摘鬻：弁缁了脊哭煤矿翩图的Ａｕｔｏ ＣＡＤ蠢定义线型的方法步骤和定义有哭形的编褥、操依步骤，弥补了Ａｕｔｏ ＣＡＤ
磁通量法和频率法测试斜拉桥拉索索力研究
（ ） 张紧 弦模 型不 同之 处 在 于它 考 虑 了索 的抗 弯 ２较 刚度 ， 在考 虑 了索 的垂 度 、 界约 束 条 件 、 震 器 等 边 减 的影 响后其 计算 精度 也很 高 ， 面分别 予 以讨 论 。 下
３ ２ １ 索的抗 弯 刚度 的影 响 ． ． 斜拉索 刚度 由钢 丝弹性模量 、 钢丝截 面面积 和钢 丝 的截 面惯矩 决定 ， 中弹性 模 量 和 面积 比较 准 确 ， 其
测定 索力 。
３ 频 率 振 动 法
非破坏 性 方法 。 它 利用 放 在 索 中的 小 型 电 磁 传 感 器， 测定磁 通量 变化 ， 据 索力 、 度 与磁 通 量 变化 根 温 的关 系 ， 推算 索 力 。磁 通 量 法所 用 的材料 是 电磁传
（ 稿 日期 、 号 ：０ ０— ７— ９ ５ ６ ） 收 编 ２ １ ０ ０ ／ １９
构 中的应 力测定 。 在 国 内 ， 通部 上 海船 舶 运输 科学 研 究所 为南 交 京 长江第 二大桥 做 的安 全 监 测 系统 中 ， 采用 了磁 弹 仪进行 索力 测定 ， 原理 就 是 根据 磁 通 量 的变 化来 其
磁 通量 法 是测 定斜 拉 桥索 力 、 测拉 索锈 蚀 的 监
法、 频率振 动法 和 磁通 量 法 。油 压表 读 数法 和传 感
器标定法 对某 根索来说 适用 于其 被 张拉 的瞬 间 ，虽
传感 器标定 法 可 进行 长期 在 线 测定 ，但 代 价 昂 贵 ， 很 少使用 。当需 对 施 工 完 毕 的拉 索 进 行 索 力 测定
时 ， 率振动 法几 乎 是 目前 国内工 程 的唯 一选 择 ， 频 而 随着 国外 提 出的磁通量 法作 为一种新 的索力 测试 方法 的 出现 ， 势必 会 打破 频 率振 动 法 一统 天 下 的局
桥梁索结构拉索索力测定方法
通过测量拉索的振动频率或相位差等参数，结合理论模态 分析计算索力值。该方法具有非破坏性、操作简便等优点 ，但精度易受环境因素影响。
磁弹效应法
利用磁弹效应原理，通过测量磁感应强度的变化来推算索 力值。该方法非接触、无损，但对测量环境和磁场干扰敏 感。
超声波法
利用超声波在拉索中的传播速度与应力之间的关系，推算 索力值。该方法精度高、非接触，但对拉索表面质量和声 波传播介质要求较高。
VS
磁通量传感器法利用磁场与索中钢丝 的相互作用，通过测量磁场的变化来 推算索力。该方法具有非接触、无损 的特点，适用于各种类型的索结构。
超声波检测法
超声波检测法利用超声波在钢丝中的传播特性来测定索力。
超声波检测法通过向钢丝发射超声波，并测量超声波在钢丝中的传播时间和速度，从而推算索力。该方法具有精度高、无损 的优点，但需要专业的设备和操作人员。
03
直接法测定
千斤顶张拉法
总结词
通过使用千斤顶对拉索施加张拉力，测 量拉索的伸长量，从而计算索力。
VS
详细描述
千斤顶张拉法是一种常用的索力测定方法 ，通过在拉索的一端安装千斤顶，对拉索 施加一定的张拉力，同时测量拉索的伸长 量，根据胡克定律计算索力。该方法具有 操作简便、测量精度高等优点，适用于各 种类型的拉索。
弦振动法具有测量精度高、对拉索无损伤等优点，但需要安装振动传感器，且对初始扰动的要求较高 。
磁弹效应法
01
磁弹效应法是利用磁致伸缩效应 和弹性力学原理，通过测量拉索 在磁场作用下的长度变化或应力 变化，推算索力的大小。
02
磁弹效应法具有非接触、无损、 高精度等优点，但需要施加磁场 ，且对拉索的材料和结构有一定 要求。
桥梁索结构拉索索力测定方 法
磁通量法在索力检测中的应用
鉴 于 该桥受 力特 点 ，以拉索 为控制 构件 ，施
加 汽车 荷 载 ， 即在 西 侧 １ 、２索 为 控制 对 象 ，进
行 荷 载 试 验 ， 索 力 变 化 情 况 如 表 ２所 示 。理 论 计 算采 用桥 梁 专用 计 算软 件 ＭＩ Ｓ进行 建 模计 ＤＡ 算 。试 验表 明该 桥拉索 索力 变化 正常 。
天｝ ｛ ｝ 农 布 工
２年４（ ７ ） ０ 第期总 ８ ０ ８ 第期
磁 通量 法在 索力检 测 中的应 用
何立 忠 齐怀展 闫燕红
（ 市政 工程研 究院 ）
拉 索 的 索 力 大 小 直 接 决 定 着 斜 拉 桥 、悬 索 桥 、拱 桥等拉 索 体系桥 梁 的工作状 态 ，采 用准 确 的方法进 行索 力测 试是 保证桥 梁顺 利施 工和 安全 运 营 的必要手 段 。索力 测试通 常采 用 的测 试方 法 有 油压表 法 、压力环 法 、频率 法等 。本文 针对 京 山铁 路 桥 拉 索 的特 点 ，采 用 新近 出现 的 磁 通 量 法 ，对斜 拉索 索力 进行 了测试 ，表 明该方 法对 拉 索 ，特 别是钢 绞线 形式 拉索 的索力 测试 具有 良好 的应用前 景 。
表 １ 载作 用下的 技索 索力 恒
索 编号
有 效高度 约 ２ ｍ。 ５ 斜 拉 索 采 用 双 索 面 布 置 ，梁 上 标 准 索 距 １ｍ，塔上 索距 １ ｍ 左右 ，拉 索选用 １ ．４环 ５ ． ５ ５ ２ 氧 涂 层 高 强 度 低松 弛 钢 绞线 （ ８ ０ ａ ，拉 索 １６ ＭＰ ） 面与主塔错开 ５ 。。全 桥 共 计 １ 斜 拉 索 ，每 ２根 根 拉索 由 ３ ２根 钢绞 线组 成 。 在 该桥 的荷载 试验 中 ，需要测 试恒载 状态 下 拉 索 的索力 ， 以及 试验 荷载作 用 下，主要 拉 索 的 索 力变化 情况 。
磁通量传感器索力监测系统设计指南
磁通量传感器索力监测系统设计使用指南柳州欧维姆结构检测技术有限公司目录前言 (3)1. 磁通量传感器原理 (4)2. 磁量传感器的技术特点 (4)3. 主要技术指标 (5)4. 磁通量传感器的应用 (5)5、磁通量传感器索力监测系统 (8)6. 索力监测系统的配置 (10)7. 传感器选型与安装 (12)8. 磁通量传感器监测系统建立过程及注意事项 (14)9. 主要工程业绩 (15)前言拉索是缆索支承型桥梁的核心构件之一，素有“生命线”之称，其服役状况直接关系到桥梁的安全运营与使用寿命。
因此，对桥梁拉索进行安全监测，及时了解拉索和桥梁的服役状态是十分必要的。
拉索的安全监测，主要是通过监测拉索的索力，来判断其使用状况，评定其安全性。
一方面，一根拉索的损伤变化会在其本身的索力变化和相邻索力的变化上表现出来，在外部则表现为主梁挠度发生变化；另一方面，主梁或塔的损伤变化也会引起索力的变化。
通过对索力的监测，不仅能为总体评价其技术状况提供依据，同时也可以在一定程度上发现拉索锚固系统、防护系统是否完好，也可以更好地理解桥梁结构机理，验证设计理论从而指导设计。
索力监测所应用的传感器技术主要有：振动频率法、压力传感器（振弦式、应变片、液压式、光纤光栅）、磁通量传感器（EM sensor）等。
各种索力测量方法，各有其特点，振动频率法是通过建立拉索的简化模型，实测拉索的振动频率，经过计算间接得出索力，因为受减震器、拉索实际长度、外护套等影响，其测量精度比较差。
压力型传感器是比较传统的传感器技术，需要串接在受力结构中，将传递到传感器上面的力直接测量出来，短期精度高、动态性好，但由于受荷载长期作用、材料徐变、形变传递失真等方面的影响，耐久性和长期精度很难保证，在受力状态下无法重新校准，无法更换，因此压力型的传感器用于长期监测有一定的局限性，只能在桥梁建设或换索时预装。
针对传统的传感器技术的局限，磁通量传感器（EM Sensor）较好地解决了这些问题：1、通过非接触式测量解决传感器受力疲劳影响寿命问题；2、用模拟标定来实现运营状态的数据校准；3、可以设计成哈弗式传感器，直接在已受力的拉索上制作及安装，实现运营中桥梁拉索的索力监测。
基于磁通量传感器技术的箱梁预应力监控研究
关键词：磁通量;传感技术;预应力;钢绞
中图分类号：U448.21 + 3 文献标识码：A DOI： 1 0 13282/j. cnki. wccst. 20 1 9. 09. 030 文章编号：1673 - 4874（201 9）09-0103 - 04
0引言
预应力混凝土梁广泛应用于我国公路和铁路桥梁中,而预应
号的 应电
值的三次方程系数，保存每个感应电压值的数据&现场
测试时，将磁通量传 过待测钢绞线上并紧固，使用
磁弹 量测 应电 值， 出 个磁 量传 的
进行计算即可测得现场钢绞线受力情况&
2磁通量传感器标定
2. 1标定目的 测构件 -15.24 mm钢绞线，在试验中心
5 000 kN实验台上进行 ，建立钢绞
____________________________________________________________ 桥隧工程觀
基于磁通量传感器技术的箱梁预应力监控研究
段跃华1 ,伍圣华2,卓海金3,邓年春4
（1.广西高速公路投资有限公司，广西南宁 53002 1 ；2.广西桂海高速公路有限公司，广西来宾 546100#.广西崇瑞高速公路有限公司，广西崇左532200 4广西大学，广西南宁530004）
— 作者简介:段跃华（978 ），高级工程师，博士研究生，主要从事高速公路建设管理工作; — 伍圣华（989 ），工程师，主要从事高速公路工程建设管理工作；
— 卓海金（989 ），工程师，研究方向:高速公路建设管理；
— 邓年春（975 ）,教授级高级工程师，主要从事桥梁工程技术研究工作&
209年第9期总第46期！ 03
补偿；（5）支持远程测量和
管道悬索桥跨越绳索检测应用实例
Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2023, 45(3), 243-251 Published Online September 2023 in Hans. https:///journal/jogt https:///10.12677/jogt.2023.453030管道悬索桥跨越绳索检测应用实例汪 洋中国石油西南油气田分公司川东北气矿，四川 达州收稿日期：2023年7月20日；录用日期：2023年8月31日；发布日期：2023年9月12日摘要 L 管道巴河跨越为大型天然气管道悬索桥跨越，跨越的安全性决定着跨越管段的生产运行安全。
现行标《油气管道架空部分及其附属设施维护保养规程》对跨越的绳索检测要求较为简单，尤其缺乏具体的技术要求及做法规定，不能完全满足跨越绳索检测的需要。
我们通过对巴河跨越特点进行分析，结合公路桥梁绳索检测技术要求，采用先进技术手段对跨越绳索系统进行了全面检测，较好满足了现场的实际需要。
本文总结分析了跨越绳索检测技术应用实践情况，可为下一步大型管道悬索跨越的绳索检测和管理提供有益的帮助，对实现管道完整性管理起到积极作用。
关键词管道，跨越，绳索，检测Application Example of Pipeline Suspension Bridge Crossing Rope DetectionYang WangSouthwest Oil and Gas Field Branch Company Northeast Sichuan Gas Field, Petro China, Dazhou Sichuan Received: Jul. 20th , 2023; accepted: Aug. 31st , 2023; published: Sep. 12th , 2023AbstractThe Bahe river crossing of L pipeline is a large natural gas pipeline suspension bridge. The safety of crossing determines the safety of production and operation of the crossing section. The current standard’ Maintenance Regulations for Overhead Parts of Oil and Gas Pipelines and Their Aux-iliary Facilities’ has relatively simple requirements for the detection of crossing ropes, especially the lack of specific technical requirements and practice regulations, which cannot fully meet the needs of crossing rope detection. Through the analysis of the characteristics of the Bahe crossing, combined with the technical requirements of the highway bridge rope detection, we used ad-汪洋vanced technical means to conduct a comprehensive detection of the crossing rope system, which better met the actual needs of the site. This paper summarizes and analyzes the application prac-tice of crossing rope detection technology, which can provide useful help for rope detection and management of large pipeline suspension crossing in the next step, and play a positive role in rea-lizing pipeline integrity management.KeywordsPipeline, Crossing, Rope, DetectionCopyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言跨越是管道工程在遇到河流、峡谷、道路等自然或人工障碍物时常用的施工方法，多用于河床穿越困难的河流，以及地势陡峭的峡谷等地点[1] [2] [3]。
磁通量传感器索力监测系统在工程中的应用
磁通量传感器索力监测系统在工程中的应用磁通量传感器索力监测系统在工程中的应用引言：随着城市化建设的加快，桥梁建设的跨度越来越大，造型越来越多，作为大跨度桥梁的重要受力构件拉索，其建设过程中及运营过程中的受力变化必须定期监控，才能保证大桥的安全，特别是经常出现超限超载车辆的大桥。
过去施工的拱桥、斜拉桥拉索，一般只有在施工过程中由千斤顶张拉力进行控制及锁定索力，或手动频率法进行索力测定，但由于索力的相互影响及频率法测定精度较差，往往造成索力与设计值偏差太大索力不均匀，引起个别索力受力过大，造成桥梁事故。
吸取过去桥梁建设教训，在该桥吊杆中引用了索力无损监控检测技术。
正文：1.原理：索力无损监控监测系统是由磁通量传感器和磁弹仪组成索力测定基本系统，在此基础上增加连线与计算机相应软件及计算机网络相联可以实现索力远程实时监控测量。
2．磁通量传感器2.1磁通量传感器磁通量传感器是基于铁磁性材料的磁弹效应原理制成，即铁磁性材料（钢绞线、平行钢丝、精轧螺纹钢等）承受的外界机械荷载发生变化时，其内部的磁化强度（磁导率）发生变化，通过测量铁磁性材料制成的构件的磁导率变化，来测定构件的内力（索力）变化。
2.2构造它由初级和次级两层线圈组成。
当通入交流电流时,在磁线圈中会产生一个随时间而变化的交变磁场。
根据电磁感应原理，构件就会被磁化，进而在测量线圈中产生感应电压，当磁心受到应力时，磁通量发生变化,输出电压就会发生变化。
所以,只要测量出输出电压,就可以测得磁心应力。
对于铁磁性材料的缆索、锚杆、精轧螺纹钢等结构，在试验室针对不同的产品、温度、外力进行若干组试验，找出相同材料、不同温度、外力作用下磁通量的关系，建立磁导率变化、平均积分电压与材料荷载、温度之间的关系，并对其进行标定修正计算后，即可用以指导测定缆索、锚杆等构件任意情况下的内力（索力）。
2.3.主要特点2.3.1磁通量传感器制成哈佛式，套在需要测力的构件周围，在不影响桥梁运营的前提下，随时可以更换损坏的传感器，结实耐用、拆装方便、重复性好，与被测构件不接触，对原构件本身无损伤，同时也不与构件相连，构件对传感器也无影响。
桥梁工程监测方案实例
桥梁工程监测方案实例一、桥梁基本情况。
咱们要监测的这座桥啊，那可是相当重要。
它是一座横跨[具体河流名称]的大桥，连接着[两边区域名称]，就像一条巨龙卧在水面上。
这座桥全长[X]米，主跨[X]米，桥宽[X]米。
它的结构类型是[具体结构，比如预应力混凝土连续梁桥]，是好多车辆和行人通行的必经之路呢。
二、监测目的。
1. 安全保障。
为啥要监测这座桥呢？首要目的就是为了安全啊。
就像给这座桥请了个医生，随时检查它的身体状况。
每天那么多车在桥上跑来跑去，还有风吹雨打、地震啥的可能影响它，要是桥突然出问题了，那可不得了。
通过监测，就能提前发现桥有没有哪里不对劲，比如说是不是有裂缝偷偷地出现了，或者桥墩有没有发生位移，这样就能在小问题变成大灾难之前把它修好。
2. 性能评估。
桥也像人一样，年龄越大，性能可能就会有些变化。
咱们得知道这座桥的性能到底咋样，还能不能承受更多的车辆荷载啊？它的结构耐久性是不是还那么好呢？通过监测收集的数据，就能像给桥做体检报告一样，准确评估它的性能，看看需不需要给它来个“健身计划”或者“保养套餐”。
三、监测内容。
# （一）结构变形监测。
1. 桥墩沉降监测。
桥墩就像桥的脚，要是脚不稳了，桥肯定要出问题。
所以要在桥墩上安装沉降监测点，用精密水准仪定期测量桥墩相对于基准点的沉降量。
这就好比给桥墩的脚底下装了个小尺子，看它有没有往下陷。
2. 梁体挠度监测。
梁体呢，是桥的身子，它要是弯得太厉害，那就危险了。
在梁体的关键部位安装传感器，像水准仪、全站仪或者专门的挠度仪，来监测梁体在车辆荷载、温度变化等情况下的挠度变化。
就像看看桥的身子有没有被压弯了腰。
# （二）应力应变监测。
1. 关键截面应力监测。
在桥的主跨、支点等关键截面粘贴应变片，就像给桥的关键部位贴上了小感应片。
当桥受到荷载作用时，这些应变片就能感受到应力的变化，通过数据采集系统把信号传回来，这样就能知道桥的这些关键部位是不是承受了太大的压力。
磁通量传感器在桥梁索力监测中的应用_柴爱红
结构 计算法
不能经常性地进行
分析模型与实际结构的偏差， 需要现场试验来修正
来监控桥梁运营期间的索力状态就尤为重要。磁通量传感器克 服了传统索力监 测 方 法 的 缺 陷，将 其 应 用 于 桥 梁 索 力 监 测，可 有 效的实时测量索力状况，是一种新型的无损检测技术。
压力 传感器
最常见的传感技术，广泛 地应用于各个领域，适用 于短期测量
2 磁通量传感器原理及特性
磁通量传感器是依据铁磁性材料的磁弹效应原理制成，即是 当铁磁性材料受到外界的荷载时，其内部的磁化强度也会发生相 应变化。因此，可以通过测定磁化强度的变化来反映索力的变化。
利用磁通量传感器来进行桥梁结构索力监测，具有以下技术 特点：
1） 使用磁通量传感器测量索力为非接触性测量，不会损伤桥 梁结构（ 见图 1） ；
预埋管 钢绞线 数据线引出
图 1 磁通量传感器测量索力示意图
2） 不需要对索体表面进行处理，不会对表面的防腐保护层造 成破坏；
3） 使用模拟标定来实现运营状态下的数据校准，具有维护成 本低、使用寿命长的特性；
4） 在监测过程中，抗干扰能力强，测量精度高，重复性能好； 5） 实现自动测量直接显示力值； 由于钢材的磁导率随温度变 化而变化，可通过自动进行温度补偿来消除温度影响； 6） 可与计算机系统相连，进行实时数据监测和远程健康诊断。
传感器放入梁端预埋管内，信号线从预先开好的预埋管侧壁上的 引线孔引出，再安装减震器、防水罩等部件。
磁通量传感器 固定环 预埋管 桥面
引线钢管
传感器数据 线及保护管
图 4 传感器在吊杆上的安装 索体
传感器
索体
图 5 传感器在 运营中桥梁拉索上的安装
低压电源 485 集线器 地址控制
磁通量传感器在宜宾长江大桥斜拉索监测中的应用
磁通量传感器在宜宾长江大桥斜拉索监测中的应用何利;邓年春【摘要】斜拉索是斜拉桥的核心构件,及时监控监测其在施工和运营期间的受力状态极其重要.基于磁弹效应测量原理的磁通量传感器,是一种新无损检测技术,可有效测量斜拉索的索力.介绍对宜宾长江大桥磁通量传感器监测系统及应用情况.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2010(000)001【总页数】3页(P95-97)【关键词】斜拉索;施工;运营;监测;磁通量传感器【作者】何利;邓年春【作者单位】四川公路桥梁建设集团有限公司,成都,610041;柳州欧维姆机械股份有限公司,广西,柳州,545005【正文语种】中文【中图分类】U448.271 工程概况宜宾长江大桥位于长江上游宜宾市金沙江与岷江汇合口下游约2.4 km处，是宜宾市内环线跨越长江的一座特大型桥梁。
该桥于2007年12月竣工，2008年4月7日正式通车。
主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，长828 m，桥跨布置为184 m＋460 m＋184 m，桥面净宽22.5 m，主梁截面形式为分离式双箱梁，半漂浮体系。
全桥共设152对斜拉索，按扇形布置。
斜拉索采用OVM250型钢绞线拉索体系，其索体为Φ15.24 mm环氧喷涂防腐钢绞线，标准强度为1860 MPa，斜拉索施工采用化整为零的单根钢绞线等张力张拉法。
为了验证钢绞线等张法张拉施工后各根钢绞线受力的均匀性，桥梁施工过程中安装了单根钢绞线磁通量传感器进行监测。
为了监测桥梁运营过程中拉索的使用状态，安装了整束磁通量传感器，并组建了在线监测系统。
2 磁通量传感器测量原理及特点磁通量传感器的基本测量原理是：拉索是一种铁磁性材料，当受外荷载作用时，其内应力发生变化，致使构件自身的磁导率发生变化，因此可通过测定拉索磁导率变化来反映其应力变化。
实验室内在不同的拉索应力和温度条件下，对传感器和拉索进行几组加载试验，建立磁导率变化与拉索应力、温度的关系后，即可将传感器用来测量拉索索力[1-4]。
基于EM 传感器的桥梁索力实时监测
基于EM 传感器的桥梁索力实时监测摘要:随着我国的经济发展，基础建设成为国家经济发展的前提条件。
我国的地理环境各不相同，桥梁建设成为各地之间的道路连接的重要建筑。
由于地理环境复杂，桥梁的施工建设难度也不一样，桥梁工程建设施工质量对于保障桥梁的安全使用有着直接影响，因此在进行桥梁施工建设当中需要进行施工监测，确保施工的顺利进行。
缆索在我国的桥梁建设当中是重要的结构组成，在桥梁的承力中是极为重要的。
正是因为缆索的重要性，所以需要在其施工建设当中对于其受力进行实时监测，了解其使用期间的受力状态，促进桥梁建设安全顺利进行。
关键词:EM传感器，道路桥梁，索力监测引言:随着我国的科学技术的发展，我国的道路建设不断完善，一些道路艰险地区天堑变通途，促进我国的道路不断完善。
道路桥梁建设当中，采用拉索类结构是我国普遍采取的措施，例如我国著名的桥梁工程杭州湾跨海大桥，苏通大桥等一系列工程，这些特大桥梁的建设标志着我国的桥梁建设施工技术已经走到了世界前列。
伴随着缆绳桥梁技术的应用，我国的道路桥梁建设势必会更加蓬勃发展。
桥梁的安全使用与缆索有着巨大的关联，随着我国加大对于道路安全整治，桥梁缆索成为桥梁监测的关键部位，监测其在施工和使用当中的工作状态，确保大桥的安全使用。
1、EM索力监测系统介绍EM索力监测系统是美国IIS公司自主开发的世界上唯一一款直接测量钢索内力的传感系统。
一经安装，EM索力监测系统可实时、连续、动态采集钢索内力，并可实现信号的数显、无线或有线传输。
由于其通过钢材磁通量的变化直接测量钢索内力，无需通过频率、应变等信息换算内力，因此能达到更高的精确度和可靠性。
该系统已在美国、日本和欧洲等国成功运用于桥梁拉索、大型空间网架钢构件及结构构件预应力索的索力监测项目中。
EM传感器（Elasto-Magnetic sensor）可被用于测量钢索索力，现已被广泛应用于具有拉索体系的桥梁，预应力混凝土结构，地锚系统，和各类张悬系统的索力测量。
磁通量传感器在桥梁缆索监测中的应用-江西飞尚
4. 工程实际应用
杭州之江大桥，是杭新景高速公路延伸线，全长为1724m，项目总投资达29.5亿元。之江 大桥包括一座过江桥梁，2处互通，分别与320国道、之浦路相接，跨过钱塘江后与彩虹大道相 接。江中主桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥，采用拱形门式索塔。两个主塔高约97米，主桥长 478米，分三个桥孔。其中主孔跨径为246米，两边的桥孔均为116米。 使用时，将钢索穿过磁通量传感器，监测的斜拉索钢铰线股数分别为２７、３１、３７、 ４３等四种类性，安装后封闭安装磁通量传感器埋设于锚座室之内。采用6芯屏蔽线进行数据 传输，保证数据的稳定，且密封环境保护磁通量设备，确保设备安全。 测试前, 先在试验室对FAS-bc-mm传感器进行几组应力、温度下的试验, 采用与现场实际 情况相同的锚索材料，湿度等建立好磁导率与应力、温度的关系后,建立关系方程， 即可用来 现场测定体外拉索索力。标定时，分十次对缆索加载， 逐渐加载至实际荷载值。同样对温度 进行逐步加温。用所测数据拟合出2元线性方程。 测试时即可用所拟合方程进行实际测量，通过智能化磁通量采集仪通过配套软件自动分析 数据。
-5-
点。闭环磁通量传感器应用于运营阶段的监测。具有测量精度高，可重复使用等特点。由于主 要监测所受应力的变化状况，测试时不需要考虑缆索之前所受的力和内力。
参考文献
[1]. G.D. Wang, M.L. Wang, Y. Zhao. Applications of EM stress sensors in large steel cables. Proceeding of SPIE Smart Structures and Materials 2005: Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems, 2005, 5765: 395-406 [2]. Y. Zhao, M.L. Wang, Fast EM stress sensors for large steel cables. Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, Nondestructive Characterization for Composite Materials, Aerospace Engineering, Civil Infrastructure, and Homeland Security, 2008, 6934: R1-8 [3]. 王社良, 王威, 苏三庆, 张少峰. 铁磁材料相对磁导率变化与应力关系的磁力学模型 . 西安科技大 学学报, 2005, 25(3): 288-291 [4]. M.L. Wang, Z.L. Chen, S.S. Koontz. Magnetoelastic method of stress monitoring in steel tendons and cables. Nondestructive Evaluation of Highways, Utilities, and Pipelines IV. Proceeding of SPIE, 2000 [5]. M.L. Wang, G. Lloyd, O. Hovorka. Development of a remote coil magneto-elastic stress sensor for steel cables. SPIE 8th Annual International Symposium on Smart Structures and Material, Health Monitoring and Management of Civil Infrastructure Systems; Newport Beach CA. 2001
磁通量传感器及监测系统应用指南
磁通量传感器监测桥梁拉索应用指南1.磁通量传感器原理磁通量传感器基于磁弹效应原理进行测量，当铁磁性材料受到外力作用时，其内部产生机械应力或应变，相应地磁导率发生改变，通过测定磁导率变化来反映应力（或索力）变化。
2.磁量传感器结构磁通量传感器由两个铜线圈组成，即初级线圈和次级线圈。
初级线圈通入脉冲电流，通电瞬时，由于有铁芯存在，会在次要线圈中产生瞬时电流，得到一个瞬时电压。
电磁感应产生的电流强度以及电压的大小依赖于铁芯材料的磁导率，铁芯材料的磁导率又与铁芯的应力状态相关，根据感应电压与应力的关系实现测量。
图1 磁通量传感器结构图3.磁通量传感器测量系统磁通量传感器测量系统包括磁通量传感器、开关集线箱、磁弹仪、数据采集软件、数据传输线等配件。
图2 磁通量传感器测量系统配件监测系统标准配置为，1台磁弹仪+2个8通道开关集线箱+16个磁通量传感器+1套采集软件。
图3 磁通量传感器监测系统硬件图磁弹仪：产生脉冲电压信号，并调制感应测量信号。
测量量为传感器的温度和积分电压值，并由此显示温度和测量力值（或应力值）。
其上配有6芯传感器信号传输线接口、9芯集线箱控制线接口、3芯RS232（或RS485）接口。
自带液晶显示屏和操作键盘，可直接操作测量，并进行显示。
开关集线箱：硬件上实现多传感器集中采集数据。
8通道标准开关集线箱，配有8个6芯磁通量传感器接口，1个6芯总信号线输入口、1个6芯总信号线输出口、1个9芯集线箱控制线输入口、1个9芯集线箱控制线输出口。
磁通量传感器：敏感测量软件，实现感应信号和温度测量。
自带6芯信号线接口，其中2芯为初级线圈、2芯为次级线圈、2芯为温度传感器。
数据采集软件：可实现单通道或多通道数据采集，包括传感器标定、手动数据采集、自动数据采集。
磁弹仪与计算机连接：可通过RS232或485RS与计算机通讯，既可采用有线连接，也可采用无线传输信号。
4.传感器特点（1）传感器坚固结实、水密性好，适合长期监测；（2）使用时直接袖套在构件外，属于非接触性测量，不损伤结构，安装时无需改变原构件长度；（3） 传感器与构件之间充水、混凝土、PE等不导磁物质，不影响测量结果，不需要重新标定。
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１ 索力长 效检 测 的必 要性
拉索是支承桥梁 的核心构件之一 。在 桥梁结 构 中， 钢筋 的应
力松弛 、 混凝土 的收缩徐 变 、 季节 更替 、 气候 变化 等 因素 ， 都 会对 桥梁结构产 生重 要影 响 ， 其最 突出的表现就 是拉索 索力 的重新分 配； 同时 ， 桥 梁结 构 的损伤 也可 以通过 索力 变化 表现 出来 。可 以
使用传统的索力监 测方 法 ， 桥梁 经过 一段 时间 的运 营后 ， 要得 到 比较准确的索力状态就 比较 困难。 因此 ， 安装一 些长效 性传 感器
来监控桥梁运营 期 间的索 力状态 就尤 为重 要。磁通 量传 感器 克 服 了传统索力监 测方 法的 缺陷 ， 将其 应用 于桥梁 索力 监测 ， 可有 效的实时测量索力状况 ， 是一种新 型的无损 检测 技术。
２ ０ ０ ４ （ ９ ） ： ３ ０ － ３ １ ．
艺研 究［ Ｊ ］ ． 铁道 建筑 ， ２ ０ ０ ５ （ ９ ） ： １ １ ５ — １ １ ６ ．
［ ３ ］ 铁 道部． 铁路 线路 设备 大修规 则 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 中国铁道 出版
针对传统索 力监 测技 术 的局 限， 磁 通量 传感 器 （ Ｅ Ｍ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ） 传 统的索力检测监测技术 中， 有结构计算法 、 压力传 感法 （ 振 较好地解决 了该 问题 。磁 通量传感器是一 种无损 检测技 术 ， 通过 弦式 、 应变片 、 液压 式 、 光纤光栅 ） 、 千斤顶 张拉法 、 振动频 率 法等 非接触式测量避 免了传感器的受力疲劳 问题 ； 通过模拟标 定来实 杨振 江． 既有线人工换枕施工及其安全控制 ［ Ｊ ］ ． 铁 道建 筑，
性， 阐述 了其在桥梁 索力监 测中的应用技术 ， 以促进 磁通量传感器 的推广应 用。 关键词 ： 磁通量传感 器 ， 监测 ， 桥 梁索力 ， 应 用 中图分 类号 ： Ｕ ４ ４ ６ 文献标识码 ： Ａ
近年 来 ， 国内外 多座 桥梁 突然 破坏 与倒 塌 ， 使 得全 社会 对桥 （ 见表 １ ） 。各种 索力 监测方法 ， 各有 特点 。振 动频率 法和压 力传 梁结构安 全倍 加关注。在桥梁结构 中， 拉索 （ 斜拉 桥的斜拉 索 、 杆 感法是使用较 多 的方 法 。振 动频率 法是 通过 实测拉 索 的振 动频
第４ ０卷 第 ２ ２期 ２ ０ １ ４ 年 ８ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ １ ． ４ ０ Ｎｏ ． ２ ２
Ａｕ ｇ ． ２ ０ １ ４
・２ ０９ ・
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ２ ２ — ０ ２ ０ ９ — ０ ３
说， 桥梁索力 的变化直接表现 出桥梁结构 的运行 状态 。对 桥梁索
力进行有效 监测 、 分析 、 评估 ， 是 掌握 桥梁运 营状 态 ， 保 障桥 梁结
构安全 的重要手段 ， 索力 长效 监测是桥梁 健康安全 监测 的最重要 内容 。
振动 频率法
桥梁检 测中 较常用的技术
由于惯性 矩、 弯曲刚度等参 数难确定 ， 同 时 受到减震器 、 外护套、 索长等影响 ， 一般误差 会超过 １ ０ ％， 由于荷载 振 动或仪 器 自身 的 起振过于微小 ， 不适用于长期连续的 自动监 测要 求
磁 通 量 传 感 器 在 桥 梁 索 力 监 测 中 的 应 用
柴 爱 红
（ 山西 省 交 通 建 设 工 程 监 理 总 公 司 ， 山西 太 原 ０ ３ ０ ０ １ ２ ）
摘
要： 分析 了索 力长效监 测的必要性 ， 针对传统 索力监测技术的局限性 ， 提出了磁通量传感器监测技术 ， 并依据 其监测原理 与特
拱桥 的吊杆和系杆 、 悬 索桥 的缆索 体 系、 预 应力 梁 的体 内预应力 率 ， 经过计算得出索 力 ， 监测 中受 减震器 、 拉 索长 度 、 护套 等 的影 测量精度差 ； 压 力传感 法是 将传 递到 传感器 上 面 的力 直 筋 和体外索等 ） 是其最 主要 的受 力构件 之一 ， 索 力状 态是衡 量 桥 响较大 ， 梁是 否正常运营状态 的一个重要标 志 。索力 合理分 布 ， 可有效保 接测量 出来 ， 短期精 度 高、 动 态性好 ， 但 受荷 载长 期作 用 、 材料 徐 形变传递失真 等方 面的影 响较 大 ， 耐久性 和长 期精 度很难 保 证桥 梁结构的平衡 稳定 ， 使 得桥 梁安 全运 营。因此 ， 及 时 准确 的 变 、
监控桥梁在运营期间 的索力状态极其重 要。 拉索是桥梁 的“ 生命 线” ， 精 确掌控桥梁运营过程 中拉索 的使 用状态 ， 精确 的索力测 量手 段是保 证 桥梁安 全 营运 的重要 手段 。
方法
证， 难以满足长效监测 的要求 。
表１ 传 统 的 索 力 监测 技 术
常规 索力监测手段
结构 计算法
不 能经常性地进 行
分析模 型与实际结构的偏差 ， 需要现场试验来修正
由于应用于索力监测 时需要 直接 串联在受 压力 最常见的传感技术 ， 广 泛 力结构 中， 在荷载 的长期作 用下， 会 出现材 传感器 地应用于各个领域 ， 适用 料徐变、 零漂等 问题 ， 长期精度差 ， 损坏或 失 于短期测景 效后很难更换或修复 ， 因此不适 用于索力长 效监测 不预装有索力传感器 ， 其 千斤顶 他测试方法不适用 ， 又需 张拉法 要进 行 索力测量 时 的临 时性措施 在桥梁结 构中 ， 拉索的索 力互相影响 ， 因此 千斤顶张拉 法精 度低 ， 需要 对拉 索进 行张 拉， 施工难度 大， 张拉 重新锚 固对 原来已经 稳定的结构是一种破坏 ， 有可能会影响锚 固