桥梁监测方案

图10 应力温度视图

图11

动态视图

图12 数据分析查询视图

4.1.7 光纤仪器采集子系统工程量清单

依据上述方案设计，光纤仪器自动采集子系统的仪器设备工程量清单见表3。

表3

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

光纤仪器采集子系统仪器设备工程量表

仪器设备名称 单位 数量 支 支 支 米 米 台 个 个 台 台 92 8 规格说明 BGK-FBG-4000 BGK-FBG-4400 光纤光栅应变计 光纤光栅温度计 光纤光栅位移计 基康专用串接仪器光缆 通信光缆 光纤光栅网络分析仪 光纤熔结盒 光纤终端盒 监控计算机 稳压电源 104 BGK-FBG-4700 1600 铠装，单芯 2000 12芯重铠光缆 2 25 3 1 3 BGK-FBG-8300，8通道 市购 市购 包括主机，显示器 市购 4.1.8 方案特点

综合上述说明，本光纤仪器监测子系统方案具有以下特点： 1、准分布式全光测量及传输

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光纤光栅传感器本身为无源器件，传感信号的感测及传送均为光信号，因而监测现场没有电子设备，不受电磁干扰，无系统零飘现象。 2、测试精度高且具有准确的测点空间定位能力

光纤光栅传感器结构小巧且布设距离没有限制，可以准确定位各测点的空间位置。 3、实时性好

系统中所有监测点的单次测量频率均可满足20Hz的要求。 4、系统安装及长期使用过程中无需标定

光纤光栅本质稳定，不存在零点漂移。

由于光纤光栅采用光中心波长表征温度测量值，属于数字量，光源的老化衰减及传输光纤布设、使用过程中由于弯曲、扰动而引入的光信号衰减不影响测量精度。

光传感网络分析仪无可动部件，长期使用无需标定。 5、高可靠性

每条传感链的首端及尾端均通过接头引出，正常工作过程中只需将首端接头连接到监控机房的网络分析仪上即可实现所有测点的远程自动监测。一旦施工或使用过程中由于不可抗拒因素导致传感链断损，可以将该传感链对应的尾端接头连接到监控机房分析仪，此时该传感链的所有传感器以断点为界分别经由首端接头和尾端接头将各自测量信号传送给监测站，实现传感链的愈合。 6、使用寿命长

4.2 振弦仪器采集子系统设备选择

根据工程特点及设计的要求，振弦仪器自动化采集子系统采用BGK-MICRO－40型分布式网络测量采集设备。该子系统以105m连续梁桥的静力水准系统为主，另对振弦倾角计设置一台采集单元。以下以静力水准系统为主进行说明。 4.2.1 静力水准测量原理及结构 1、测量原理

静力水准仪依据连通管原理的方法，用4675型振弦传感器，测量每个测点容器内液面的相对变化，再通过计算求得各点相对于基点的相对沉降变形量。原

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理说明如下：

如下图12所示，被测建筑物共布设有10个测点，1号点为相对基准点，初始状态时各测量安装高程相对与（基准）参考高程面▽H0间的距离则为：Y01、Y02??Y0i?Y10(i为测点代号I=1,2??10)；各测点安装高程与液面间的距离则为h01、h02、h0i?h10则有：

Y01＋h01＝Y02＋h02＝?=Y0i＋h0i＝?=Y10＋h10?????????(1)

初始状态（0）h0i...Y0iY10h01Y01Y0212h0210h10▽H0任意次状态△hj1（j）1hj1hj2△hj2Y02+△hj22△hjiY0i ...hjiY01+△hj1+△hjiY10+△hj10▽H010图12 静力水准测量原理示意图 当发生不均匀沉陷后，设各测点安装高程相对于基准参考高程面▽H0的变化

量为：Δhj1、Δhj2?Δhji?Δhj10 （j为测次代号，j=1，2，3 ??）；各测点容器内液面相对于安装高程的距离为hj1、hj2、?、hji、?、hj10。由图可得：

（Y01＋Δhj1）+hj1＝（Y02＋Δhj2）＋hj2 ＝??

＝（Y0i＋Δhji）＋hji ＝??

＝（Y10＋Δhj10）＋hj10??????????????(2) 则j次测量i点相对于基准点1的相对沉陷量Hi1

Hi1＝Δhji－Δhj1?????????????????(3) 由（2）式可得：

Δhj1－Δhji＝(Y0i＋hji)－(Y01＋hj1)

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hj10△hj10＝(Y0i-Y01)＋(hji-hj1) ???????????????. (4) 由（1）式可得：(Y0i－Y01)＝－(h0i＋h01) ?????? (5) 将（5）式代入(4)得：

Hi1＝(hji－hj1)－(h0i－h01)?????????????.. (6) 即只要用振弦传感器测得任意时刻各测点容器内液面相对于该点安装高程的距离hji（含hj1及首次的h0i），则可求得该时刻各点相对于基准点1的相对高程差。如把任意点g（1，2，?，i）做为相对基准点，将f测次做为参考测次，则按（6）式同样可求出任意测点相对g测点（以f测次为基准值）的相对高程差Hij：

Hig＝(hij－hig)－(hfj－hfg) ???????????????(7) 2、仪器结构

图13 静力水准仪结构图

如图13所示，仪器由主体容器、连通管（通液管和通气管）、振弦传感器等部分组成。4675型静力水准仪是采用振弦式传感器配合浮筒来测量水位变化的。仪器的上部安装有振弦式力传感器，浮筒悬挂在传感器上，当仪器主体安装墩发生高程变化时，通过支座安装在墩上的主体容体相对于位置产生液面变化，即浮筒周围的水位产生了变化，浮筒受到的浮力变化将导致振弦传感器张力产生变化，通过测量振弦的频率变化即可获取水位的变化，从而引计算得测点的相对沉陷。

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