磁通量传感器索力监测系统设计使用指南

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。

4、可以实现体内预应力（有粘结）多截面应力监测。

1. 磁通量传感器原理

磁通量传感器基于铁磁性材料的磁弹效应原理进行测量，当受到外力作用时，铁磁性材料内部产生机械应力或应变，其磁导率发生相应变化，通过测定磁导率的变化来反映应力（或索力）的变化。

传感器实物图

2. 磁量传感器的技术特点

（1）磁通量传感器为非接触性测量，不损伤结构；

（2）不需对被测件进行表面处理，不破坏构件原有防腐保护层;

（3）传感器维护成本低、使用寿命长；

（4）抗干扰能力强、测量精度高、重复性好；

（5）系统可自动测量和自动温度补偿。

（6）可直接显示力值。

（7）可与计算机系统相连，进行多通道数据采集和远程健康监测

3. 主要技术指标

（1） 测量范围：0~屈服应力；

（2） 接线长度：≤300m

（3） 适应环境温度为：-20~80℃；

（4） 长期误差：≤3%FS；

（5） 供电电源：AC 100~240V，60/50HZ。

4. 磁通量传感器的应用

常规应用

由铁磁性材料制成的棒材和拉索，包括平行钢丝索、钢绞线索、体内预应力钢绞线束、钢丝绳、精轧螺纹钢等构件。

精轧螺纹钢应力监测

钢丝绳张力监测斜拉索索力监测

体外索索力监测吊杆索力监测（京沪高铁）

专业应用

有粘结预应力多截面监测

利用磁通量传感器非接触式测量的特点，可以很方便地实现体内预应力筋不同截面的应力监测。

成都双流机场飞机滑行道桥中幅桥永存预应力测试截面示意图

广元市白水河大桥体内预应力监测示意图（部分）

磁通量监测体内预应力安装示意图

运营中桥梁拉索索力监测

可以设计成哈弗式的结构，直接在运营中的拉索上制作传感器，通过模拟标定进行曲线拟合和校准，实现运营中桥梁拉索的索力监测。

在运营中的拉索上制作磁通量传感器

5、磁通量传感器索力监测系统

实现索力监测的最基本的配置是磁弹仪（读数仪）和磁通量传感器，二者即可实现人工索力测量。当组建系统时，根据投资额及重要度，可选择离线检测系统或在线监测系统两种不同形式，前者造价低但需人工现场采集数据，后者可实现自动化在线监测，但造价相对较高。

磁通量传感器测量系统主要配件

离线检测系统

磁通量传感器测量系统的基础配置主要包括磁通量传感器、开关集线箱、磁

弹仪、数据传输线及布线管、仪器保护箱，构成数据采集系统（数据采集箱），根据传感器的数量及分布情况在桥梁上设置一个或多个数据采集箱，构成离线检测系统，实现人工定期数据采集。

离线检测系统示意图（数据采集箱）

在线监测系统

在离线检测系统的基础上，增加数据传输系统（有线、无线或以太网传输）和数据处理系统，就可实现索力数据的实时在线监测，具有自动测量、异常预警等功能，可以根据需要自主设定采集的时间、频率，操作简单。

在线监测系统示意图

6. 索力监测系统的配置

（1）传感器布置：接线长度小于等于300米，既可以每根索上安装，也可只选择重要截面上安装。传感器与数据采集箱之间用专用信号线连接，用线管或线槽进行保护，传输线的距离一般控制在300米以内，避免距离过长使信号失真。（2）数据采集箱常用规格：8通道、16通道、24通道。数据采集箱集成的传感