下载文档原格式
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。
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。
力传感器标定系统的设计-设计内容及要求随着科技的不断进步，力传感器在工业领域的应用越来越广泛。
然而，力传感器的准确度和稳定性对于其应用效果起着至关重要的作用。
为了确保力传感器的准确度和稳定性，需要对其进行定期的标定。
而为了提高标定的效率和精度，设计一个高质量的力传感器标定系统显得至关重要。
1. 标定系统的结构设计力传感器标定系统包括但不限于以下部分：1.1 传感器支撑结构：用于支撑和固定力传感器，确保标定过程中力传感器的稳定性和精度。
1.2 标定装置：用于在不同力值下对力传感器进行标定。
标定装置应该能够模拟不同的力值范围，并且具有高精度和可调节性。
1.3 采集系统：用于实时采集力传感器的输出信号，以便进行数据分析和处理。
1.4 控制系统：用于控制标定装置的运行状态，保证标定过程的稳定性和一致性。
1.5 数据处理系统：用于对采集到的数据进行分析和处理，计算力传感器的准确度和稳定性。
2. 标定系统的技术要求2.1 精度要求：标定系统的精度应该高于标定对象，以确保标定结果的可靠性。
2.2 稳定性要求：标定系统应具有良好的稳定性，不受外界因素的影响。
2.3 自动化要求：标定系统应该具有一定的自动化程度，能够自动进行标定过程并输出标定结果。
2.4 可靠性要求：标定系统的设计应考虑到各种意外情况，并具有相应的应对措施，确保系统的可靠性和安全性。
3. 标定系统的其他设计考虑3.1 界面设计：标定系统的界面设计应直观友好，操作简便。
3.2 数据记录与管理：标定系统应能够记录和管理每次标定过程的数据，以便后续的数据分析和对比。
3.3 维护和保养：标定系统的设计应考虑到维护和保养的便利性，能够方便进行系统的维护和保养工作。
4. 总结在力传感器的应用领域，一个高质量的标定系统对于保证力传感器的准确度和稳定性至关重要。
在设计力传感器标定系统时，需要考虑到结构设计、技术要求以及其他设计考虑，确保系统能够满足实际应用的需求，并具有高精度、高稳定性和高可靠性。
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。
体内预应力钢绞线应力监测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器数量，按通道数最多可分别集成8、16、24台磁通量传感器。
（3）数据采集箱的数量及分布。
根据传感器的数量和分布来决定数据采集箱的型号（通道数）、数量（总通道数）、安装位置。
吊杆索力监测系统布置示例斜拉索索力监测系统布置示例7. 传感器选型与安装（1）传感器选型：由构件的外径确定传感器的型号，一般要求传感器的内径大于传感器外径1mm~20mm，以方便袖套安装。
平行钢丝索、钢绞线成品索、钢丝绳、精轧螺纹钢等使用整束式传感器、平行钢绞线拉索体系可使用单根钢绞线用传感器或整束式传感器，也可两种形式的传感器一起使用。
各种型号的磁通量传感器的命名规则如下：图5 命名规则常用传感器型号及外形尺寸：型号规格内径Ø（mm）外径Ø（mm）高度（mm）备注CCT17J 17 31 111CCT18A 18 35 130CCT18B 18 34 124 常用于钢绞线拉索体系CCT18L 18 34 135 常用于钢绞线拉索体系CCT20B 20 36 130CCT20J 20 34 111 常用于钢绞线拉索体系CCT40A 40 78 171CCT40H 40 89 189CCT43B 43 82 178CCT54B 54 98 225CCT65 65 143 250CCT70 70 143 275CCT70H 70 150 290CCT71B 71 144 308CCT75 75 155 279CCT80 80 160 279CCT85 85 165 279CCT85H 85 172 309CCT90 90 170 320CCT95 95 175 320CCT100 100 178 320CCT100H 100 190 338CCT105 105 192 330CCT110 110 188 350CCT115 115 199 364CCT120 120 200 350CCT135 135 198 370CCT145 145 208 440CCT155 155 230 422CCT160H 160 245 420CCT165 165 228 422CCT170H 170 266 409CCT190H 190 286 443CCT210 210 306 460CCT210H 210 306 514CCT230H 230 321 494CCT235 235 336 520CCT260 260 356 545 备注：超出以上型号的可根据用户要求另行设计（2）传感器安装位置：建议将传感器安装在拉索的下预埋管内或桥面自由段，如下图。
传感器在斜拉索上的安装传感器在吊杆上的安装整束式传感器直接套在索体外，选用单根钢绞线用传感器监测平行钢绞线拉索体系时，安装在锚具内的单根钢绞线上。
（3）传感器选择考虑的问题(a) 传感器的安装空间，能放置相应型号的传感器。
(b) 信号传输线通道，需将传输线从预埋管内引至可以进行测量操作或加长布线的位置。
(c) 传感器需在安装拉索锚具之前套入索体，建议在设计文件中做相关说明。
8. 磁通量传感器监测系统建立过程及注意事项（1）拉索监测系统设计。
需要考虑传感器型号、走线方式、数据采集箱的数量与放置点。
（2）传感器生产周期。
磁通量传感器生产周期约为40天。
（3）传感器安装与标定。
磁通量传感器需要在拉索制索过程中，未安装锚具之前套到拉索上，并利用拉索出厂前的超张拉工艺逐一进行标定，也可采用样品索在张拉台座上进行标定。
平行钢绞线拉索体系、精轧螺纹钢等锚具现场安装的情况，一般采用样品索在张拉台座上进行标定。
标定需采用符合精度要求的标准传感器。
（4）传感器现场安装。
磁通量传感器随拉索运往现场，挂索后将传感器就位到安装位置。
（5）传感器走线与保护。
一般将传感器放在预埋管内，传感器信号线通过预留的走线孔道，引至数据采集箱，并采用布线专用线管或线槽进行保护。
（6）系统安装与调试。
系统调试主要包括硬件调试和软件调试。
9. 主要工程业绩（1）香港昂船洲大桥体外索在线监测；（2）美国Penoscot River Bridge拉索监测（3）杭州湾大桥体内索在线监测；（4）湛江海湾大桥斜拉索在线监测；（5）宜宾长江大桥斜拉索在线监测；（6）江西吉安赣江大桥加固体外索监测；（7）江西剑邑大桥斜拉索监测；（8）九甸峡水利枢纽工程调压井环锚监测；（9）厦门集美大桥体内预应力及体外索监测（10）夷陵长江大桥斜拉索索力监测（11）宜宾长江大桥斜拉索索力监测（12）广东阳江市西江特大桥斜拉索索力监测（13）天津南仓桥斜拉索监测（14）武广高铁武汉东湖特大桥吊杆索力监测）（15）京沪高铁拱桥吊杆索力监测（共十座）（16）宁杭高铁拱桥吊杆索力监测（两座）（17）广珠铁路白坭河特大桥、虎跳门特大桥、杜坑特大桥吊杆索力监测（18）广深港沙湾特大桥吊杆索力监测（两座）（19）广元市白水大桥体内预应力监测（20）成都双流机场飞机滑行道桥永存预应力监测（21）南宁葫芦鼎大桥体内预应力监测（22）南宁永和大桥吊杆索力监测（23）柳州文惠桥吊杆索力监测......。
