数字式传感器在桥梁健康监测系统中的应用

数字式传感器在桥梁健康监测系统中的应用

作为交通系统的组成部分，桥梁在人类文明的发展和演化中起到了重要作用。随着现代科技的发展以及运输需求的不断增长，大型桥梁（如跨海大桥、大跨度桥梁等）越来越多的出现在人们的视野中，这些桥梁造价动辄几亿甚至几十亿元，在交通、军事和社会生活等方面有着重要的战略意义。然而，桥梁在建造和使用过程中，由于受到环境、有害物质的侵蚀，车辆、风、地震、疲劳、人为因素等作用，以及材料自身性能的不断退化，导致结构各部分在远没有达到设计年限前就产生不同程度的损伤和劣化。这些损伤如果不能及时得到检测和维修轻则影响行车安全和缩短桥梁使用寿命，重则导致桥梁突然破坏和倒塌。据统计，如今在美国近60万座桥梁中性能不足和有功能缺陷的占28.6%。美国每年桥梁投资90%用于更新维修旧桥，只有10%用于新建桥梁。

我国现有公路桥5000余座，总长130万公里，1/3以上的桥梁都存在结构性缺陷、不同程度的损伤和功能性失效的隐患。近年来，我国陆续出现了多次重大桥梁事故。这些发生的事故与很多因素有关，但是缺乏有效的监测措施和必要的维修、养护措施是重要的原因之一。这些触目惊心的事故使得人们对现代桥梁的质量和寿命也逐渐关注起来。对桥梁结构进行质量检测和健康监测，已成为国内外学术界、工程界研究的热点。

传统的桥梁检测在很大程度上依赖于管理者和技术人员的经验，缺乏科学系统的方法，往往对桥梁特别是大型桥梁的状况缺乏全面的把握和了解，信息得不到及时反馈。如果对桥梁的病害估计不足，就很可能失去养护的最佳时机，加快桥梁损坏的进程，缩短桥梁的服务寿命。如果对桥梁的病害估计过高，便会造成不必要的资金浪费，使得桥梁的承载能力不能充分发挥。

桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状况的监控与评估，为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警信号，为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导。然而，桥梁结构健康监测不仅是为了结构状态监控和评估，其信息反馈于结构设计的更深远的意义在于，结构设计方法与相应的规范标准等可能得到改进。再有就是桥梁健康监测带来的不仅仅是监测系统和对某特定桥梁设计的反思，还可能并应该成为桥梁研究的“现场实验室”。桥梁健康监测为桥梁工程中的未知问题和超大跨度桥梁的研究提供了新的契机。由运营中的桥梁结构与其环境所获得的信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，还可以提供有关结构行为和环境规律的最真实是信息。因此，桥梁健康监测不只是传统桥梁检测加结构评估新技术，而且被赋予了结构监控与评估、设计验证和研究与发展三方面的意义。

近年来，通信网络、信号处理、人工智能等技术的不断发展加速了桥梁监测系统的实用化进程。业界纷纷着手研究和开发各种灵活、高效、廉价、并且不影响桥梁结构正常使用的长期实施监测方法或技术。桥梁健康监测系统的部署和应用不单单具有重要的现实意义，还具有重要的研究价值，在推动和发展智能化、数字化和信息化桥梁工程中起到了积极的作用。

健康监测系统分成三个等级，即长期在线自动健康监测系统、定期离线健康监测系统和定期养护健康检测系统。长期在线自动健康监测系统是最高等级的健康监测系统，该系统适合于在特大跨径复杂桥梁结构和具有重大战略意义的关键桥梁上使用。该等级的桥梁健康监测系统具有如下的特点：传感器长期布设在桥梁上，并通过相应技术连接在一起，构成传感器子系统。各传感器的数据采集通过健康监测系统中心控制系统动态实时的下达采集指令，触发传感器的开关，实现数据采集。采集的数据经系统的数据通信系统直接自动进入健康监测中央数据库。桥梁管理部门和客户可以通过网络远程访问中央数据库并进行健康诊断。

    桥梁健康监测系统中，主要硬件部分离不开数据采集及传感器，正是有了这些传感器和采集器，才能将桥梁的各项监测数据实时反馈到监控中心。温度、湿度作为桥梁健康监测系统的主要参数，对于传感器和数据传输设备的准确性和稳定性至关重要。今天我们就来介绍一下森赛智科研发生产的一款带有以太网通讯的多功能温湿度采集模块。

ST8101L网络型温湿度采集模块作为一款多功能测控模块，首先它具有强大的通讯功能，产品自带1路以太网、1路RS485通讯的同时，还自带1路RS485网桥接口，这个网桥接口可以当作串口服务器使用，支持现场其它RS485设备转成以太网信号，通过8101L的网口上传数据。其次ST8101L具有多点多通道传感器数据采集功能，它有8个传感器采集通道，支持64个数字式温度传感器及32个数字式温湿度传感器的数据采集。

ST8161数字式温度传感器具有高精度高稳定性低功耗的特点，同时还具有防水防污的功能，非常适合作为桥梁监测监测过程中温度数据的采集。

ST8601 数字式温湿度传感器是一款低电压供电的带串口通讯的温湿度传感器，准确度高，防尘，体积小巧，方便现场安装等优势。可作为桥梁健康监测的桥梁周边空气温湿度监测。