结构健康监测白皮书
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大型土木结构安全监测系统 整体解决方案
上海光子光电传感设备有限公司
结 构 安 全 监 测
结构损伤和运营时间的关系
监
测
技
V 人工检查
术
a 缺点：需要大量人力物力，费用高； 检查结果主观性强；检查周期长。
的
V 电式传感
现
a 缺点：传感单元寿命较短、点式测
状
量、传感距离小、时间漂移大、环境 影响强烈
理
络、数据挖掘以及进化计算等
V 功能：对结构进行健康诊断和 安全评估，对于结构未来的发 展状态做出判断。
专家系统结构
用户系统界面
水
库
V 粘土心墙土石混合坝设计参数
土
验证系统
石 坝 健
V 大坝混凝土内部温度分布监测 系统
康
V 大坝内部应力长期监测系统设
监
计方案
测
系
统
FBG铺设方案I
FBG铺设方案II
监大
测 坝 V 优点：
系混 统凝
土
a 用一根光纤可测量数千点的温度值，可 测量大面积内的温度分布
a 抗干扰性好。由于测温信号为光而非电 信号，因此抗磁、电、雷等各种干扰
内
a 稳定性好，可进行长期的、稳定的温度
部
测量
温
a 重量轻，体积小，易于施工
度
a 易于由于监测温度与损耗等外界参数无 关，可以进行远距离数据传输
测，并采取措施
光
纤
V 铺设多样性
传
V 超长距离
感
V 线路拓扑结构简单
系 统 的
V 抗电磁干扰 V 工作寿命长
优
V 轻松的维护工作
点
V 简单的供电系统供应
V 防盗功能
系
统
V 上海光电传感科技有限公司系
集 成 和
统集成部在大型桥梁和隧道、 建筑工程、水电大坝等领域， 提供主要基于分布式光纤传感 系统的结构（系统）健康监测
防
墙长度约15m，伸缩缝宽度约2～
汛
4cm
墙
V 防汛墙构造多样，周边环境复杂
监
V 能够长期工作
测
系
统
1
A
蕰藻浜(20) 1.2
黄
10
浦
0.6
2
3
复兴岛(10)
20
江
1
30
防
4
B
苏州河(23)
汛
墙
节点A
线路1
线路 2线路3
40
5
6 0.6
50
监
节点B
测
系
节点C
线路4 线路5 线路6 线路7 线路8 线路9 线路10
点布 式 光
V 分布式 V 全局观 V 体积小、重量轻、铺设方式灵活 V 与结构和环境相容性好
纤
V 灵敏来自百度文库高
监
V 信带宽信息损耗小，远程监测
测
V 抗电磁干扰
系 统
V 长期在线监测 V 隐藏隐患的发现 V 对危险状态的预警
的
系
统
V 应变传感子系统
构
V 温度传感子系统
成
V 其他传感子系统
V 专家系统构成。
想
V 最少人工干预
中
V 在线监测、检查与损伤探测
的
V 实现远程监控
监 测 系 统
V 自动报告结构状态
V 依据历史数据、经验公式对结 构的老化状况和未来发展趋势 做出判断和预警。
监
测
V 传感系统
系
V 数据采集和处理系统
统
V 通讯系统
包 含
V 专家系统和报警设备
的
子
系
统
监
测
V 在含噪声的环境中，能够利用尽可能少的
系 统
传感器获取全面精确的数据 V 在营运期间，连续监测，不影响正常运营 V 能够记录完整、连续的结构运营历史
的
V 能够通过合理和简便地添加传感器在指定
特
位置进行特定数据的采集
点
V 快速大容量的信息采集、通讯与处理能力
V 有效选择被测参数
V 测量得到的模态必须基于原始的数理模型
监测系统流程图
监测系统应用领域
测
大坝当前工作状态进行有效评估
a 维护简便，节省大量的人力、物力
大坝内部应力长期监测系统光纤网络
专家系统应力分布示意
Flintshire独塔斜拉桥
香港青马大桥
解桥
决梁
方安
案全
监
测
系
统
构
成 和
桥梁安全监测系统流程图
应变子系统铺设示意图
黄
浦
V 黄浦江沿岸318km防汛墙异常监测
江
V 防汛墙属于离散体结构，每段防汛
光纤反向散射光谱
频率
应基 变于 传布 感里 系渊 统散
射 技 术 的
布里渊散射应变传感系统
BOTDR
BOTDR
V 分布式——BOTDR实现了空间 分辨率1m的分布式应变测量。
的
V 累积损伤的监测——BOTDR适
特
合对结构体累积损伤的监测。
点
V 超长距离——BOTDR的标称测
量距离最大可以达到80km，实
技术，温度测量范围在-200～1000℃
之间可选。
FBG
技 术
FBG结构
FBG传感系统结构
FBG
V 测量精度高——FBG应力测量
技
精度可以达到1με，温度测量
术
精度可以达到0.1℃。
的
V 响应时间短——单个FBG传感
特
器响应时间小于0.5s。
点
V 测量范围大——应变测量可以
超过10000με。
优分
建议应对措施
预警
黄色 防汛墙可能存在隐患
提高注意，如有条 件，需到现场检测
一般 严重
橙色 红色
防汛墙存在一定程度的错 位，如果环境继续劣化或 再次受到外力影响，可能 发生严重事故
在下一个潮汛到达 前，到现场检测
防汛墙发生明显错位
必须马上到现场检测
重大
黑色
防汛墙发生严重问题，已 必须马上到现场检
经损坏或倒塌
测距离为60km。
温基 度于 传拉 感曼 系散 统射
技 术 的
拉曼散射温度传感系统结构
ROTDR
ROTDR
a 分布式——ROTDR实现了空间响应 距离1m（最大）的分布式温度测 量。
的
a 测量的单一性——温度测量结果与应
特 点
力、压力、损耗等参数无关。 a 长距离——最长可达30km。 a 测温范围大——利用最新的光纤制造
7 0.6 淀浦河(15)
2.8
1.4
3.2 C 60
9 2.2 70
7
统
节点
80
10 km
0.4 8 北沙港(5.6)
10 1.4 90
监
测 流
OTDR巡检
超过阈值 的点
程
BOTDR
定点监测
结束
周边数据
专有算法 分析
告警上报
工控机 定点监测
上级系统 指令停止
告
警
工作等级 指示颜色
指示状态
正常
绿色 防汛墙工作正常
应 变 子 系 统 结 构
应变子系统结构
光 纤 应 变 子 系 统 应 用 领 域
光纤应变子系统应用领域
温 度 子 系 统 结 构
温度子系统结构
其他传感系统与分布式光纤传感系统兼容
专
家
V 核心内容：实现特征信息的存
系
储、查找、提取和分析。
统
V 实现办法：高阶谱分析、时－
频分析、小波分析、神经网
分
a 避免工程施工中产生的误差，也更加适
布
合在大坝此类内部压力巨大的结构体内
部铺设
系大
统坝
V 优点：
设内
a 对心墙内部应力分布进行监测，定位
计部
裂缝位置、判断裂缝开度
方应
a 长距离监测，可以在心墙内部组成一
案力 长 期 监
个三维的光纤网络
a 耐腐蚀、耐高压，在恶劣的大坝内部 可以长时间正常工作
a 专家系统，在辅以其他监测数据，特 别是前两个光纤监测数据后，能够对
技
系统。
术
V 我们和上海交通大学、中国科
支
技大学、香港理工大学、日本
持
横河公司以及其他国内外科研
院所紧密合作，在分布式光纤
传感行业具有相当的技术领先
优势。
上海光子光电传感设备有限公司 上海市桂林路396号15号楼1楼 邮编：200235 电话：021－64948597，64948551 传真：021-64948605 www.sosc.com.cn
上海光子光电传感设备有限公司
结 构 安 全 监 测
结构损伤和运营时间的关系
监
测
技
V 人工检查
术
a 缺点：需要大量人力物力，费用高； 检查结果主观性强；检查周期长。
的
V 电式传感
现
a 缺点：传感单元寿命较短、点式测
状
量、传感距离小、时间漂移大、环境 影响强烈
理
络、数据挖掘以及进化计算等
V 功能：对结构进行健康诊断和 安全评估，对于结构未来的发 展状态做出判断。
专家系统结构
用户系统界面
水
库
V 粘土心墙土石混合坝设计参数
土
验证系统
石 坝 健
V 大坝混凝土内部温度分布监测 系统
康
V 大坝内部应力长期监测系统设
监
计方案
测
系
统
FBG铺设方案I
FBG铺设方案II
监大
测 坝 V 优点：
系混 统凝
土
a 用一根光纤可测量数千点的温度值，可 测量大面积内的温度分布
a 抗干扰性好。由于测温信号为光而非电 信号，因此抗磁、电、雷等各种干扰
内
a 稳定性好，可进行长期的、稳定的温度
部
测量
温
a 重量轻，体积小，易于施工
度
a 易于由于监测温度与损耗等外界参数无 关，可以进行远距离数据传输
测，并采取措施
光
纤
V 铺设多样性
传
V 超长距离
感
V 线路拓扑结构简单
系 统 的
V 抗电磁干扰 V 工作寿命长
优
V 轻松的维护工作
点
V 简单的供电系统供应
V 防盗功能
系
统
V 上海光电传感科技有限公司系
集 成 和
统集成部在大型桥梁和隧道、 建筑工程、水电大坝等领域， 提供主要基于分布式光纤传感 系统的结构（系统）健康监测
防
墙长度约15m，伸缩缝宽度约2～
汛
4cm
墙
V 防汛墙构造多样，周边环境复杂
监
V 能够长期工作
测
系
统
1
A
蕰藻浜(20) 1.2
黄
10
浦
0.6
2
3
复兴岛(10)
20
江
1
30
防
4
B
苏州河(23)
汛
墙
节点A
线路1
线路 2线路3
40
5
6 0.6
50
监
节点B
测
系
节点C
线路4 线路5 线路6 线路7 线路8 线路9 线路10
点布 式 光
V 分布式 V 全局观 V 体积小、重量轻、铺设方式灵活 V 与结构和环境相容性好
纤
V 灵敏来自百度文库高
监
V 信带宽信息损耗小，远程监测
测
V 抗电磁干扰
系 统
V 长期在线监测 V 隐藏隐患的发现 V 对危险状态的预警
的
系
统
V 应变传感子系统
构
V 温度传感子系统
成
V 其他传感子系统
V 专家系统构成。
想
V 最少人工干预
中
V 在线监测、检查与损伤探测
的
V 实现远程监控
监 测 系 统
V 自动报告结构状态
V 依据历史数据、经验公式对结 构的老化状况和未来发展趋势 做出判断和预警。
监
测
V 传感系统
系
V 数据采集和处理系统
统
V 通讯系统
包 含
V 专家系统和报警设备
的
子
系
统
监
测
V 在含噪声的环境中，能够利用尽可能少的
系 统
传感器获取全面精确的数据 V 在营运期间，连续监测，不影响正常运营 V 能够记录完整、连续的结构运营历史
的
V 能够通过合理和简便地添加传感器在指定
特
位置进行特定数据的采集
点
V 快速大容量的信息采集、通讯与处理能力
V 有效选择被测参数
V 测量得到的模态必须基于原始的数理模型
监测系统流程图
监测系统应用领域
测
大坝当前工作状态进行有效评估
a 维护简便，节省大量的人力、物力
大坝内部应力长期监测系统光纤网络
专家系统应力分布示意
Flintshire独塔斜拉桥
香港青马大桥
解桥
决梁
方安
案全
监
测
系
统
构
成 和
桥梁安全监测系统流程图
应变子系统铺设示意图
黄
浦
V 黄浦江沿岸318km防汛墙异常监测
江
V 防汛墙属于离散体结构，每段防汛
光纤反向散射光谱
频率
应基 变于 传布 感里 系渊 统散
射 技 术 的
布里渊散射应变传感系统
BOTDR
BOTDR
V 分布式——BOTDR实现了空间 分辨率1m的分布式应变测量。
的
V 累积损伤的监测——BOTDR适
特
合对结构体累积损伤的监测。
点
V 超长距离——BOTDR的标称测
量距离最大可以达到80km，实
技术，温度测量范围在-200～1000℃
之间可选。
FBG
技 术
FBG结构
FBG传感系统结构
FBG
V 测量精度高——FBG应力测量
技
精度可以达到1με，温度测量
术
精度可以达到0.1℃。
的
V 响应时间短——单个FBG传感
特
器响应时间小于0.5s。
点
V 测量范围大——应变测量可以
超过10000με。
优分
建议应对措施
预警
黄色 防汛墙可能存在隐患
提高注意，如有条 件，需到现场检测
一般 严重
橙色 红色
防汛墙存在一定程度的错 位，如果环境继续劣化或 再次受到外力影响，可能 发生严重事故
在下一个潮汛到达 前，到现场检测
防汛墙发生明显错位
必须马上到现场检测
重大
黑色
防汛墙发生严重问题，已 必须马上到现场检
经损坏或倒塌
测距离为60km。
温基 度于 传拉 感曼 系散 统射
技 术 的
拉曼散射温度传感系统结构
ROTDR
ROTDR
a 分布式——ROTDR实现了空间响应 距离1m（最大）的分布式温度测 量。
的
a 测量的单一性——温度测量结果与应
特 点
力、压力、损耗等参数无关。 a 长距离——最长可达30km。 a 测温范围大——利用最新的光纤制造
7 0.6 淀浦河(15)
2.8
1.4
3.2 C 60
9 2.2 70
7
统
节点
80
10 km
0.4 8 北沙港(5.6)
10 1.4 90
监
测 流
OTDR巡检
超过阈值 的点
程
BOTDR
定点监测
结束
周边数据
专有算法 分析
告警上报
工控机 定点监测
上级系统 指令停止
告
警
工作等级 指示颜色
指示状态
正常
绿色 防汛墙工作正常
应 变 子 系 统 结 构
应变子系统结构
光 纤 应 变 子 系 统 应 用 领 域
光纤应变子系统应用领域
温 度 子 系 统 结 构
温度子系统结构
其他传感系统与分布式光纤传感系统兼容
专
家
V 核心内容：实现特征信息的存
系
储、查找、提取和分析。
统
V 实现办法：高阶谱分析、时－
频分析、小波分析、神经网
分
a 避免工程施工中产生的误差，也更加适
布
合在大坝此类内部压力巨大的结构体内
部铺设
系大
统坝
V 优点：
设内
a 对心墙内部应力分布进行监测，定位
计部
裂缝位置、判断裂缝开度
方应
a 长距离监测，可以在心墙内部组成一
案力 长 期 监
个三维的光纤网络
a 耐腐蚀、耐高压，在恶劣的大坝内部 可以长时间正常工作
a 专家系统，在辅以其他监测数据，特 别是前两个光纤监测数据后，能够对
技
系统。
术
V 我们和上海交通大学、中国科
支
技大学、香港理工大学、日本
持
横河公司以及其他国内外科研
院所紧密合作，在分布式光纤
传感行业具有相当的技术领先
优势。
上海光子光电传感设备有限公司 上海市桂林路396号15号楼1楼 邮编：200235 电话：021－64948597，64948551 传真：021-64948605 www.sosc.com.cn