[發明專利]橋梁監測傳感器的在線校準方法及系統

有效

• 申請號: 201811048640.4
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109211299B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 荊根強;羅翥;彭璐;張冰;王義旭
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 北京邦申誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11871
• 代理人: 簡德明

本發明公開了一種橋梁監測傳感器的在線校準方法和系統。方法包括：將參考傳感器以與待校準傳感器具有共同的外源激勵的方式安裝在橋梁結構面上；根據獲取的參考傳感器的采樣值和待校準傳感器的采樣值，得到測試用同步差分值；根據測試用同步差分值和預先建立的訓練用同步差分值與橋梁監測傳感器計量性能的映射關系，確定待校準傳感器的計量性能。系統包括參考傳感器、獲取裝置、得到裝置和確定裝置。該方案使得可以在不中斷現有橋梁監測系統正常工作的條件下，對待校準傳感器的計量性能進行在線評定，從而提高橋梁監測系統的準確性和可靠性。通過設置成共源激勵條件，使得待校準傳感器的計量性能判斷更具有科學性。

技術領域

本發明屬于橋梁監測技術領域，特別涉及一種橋梁監測傳感器在線校準方法及系統。

背景技術

近30年來，我國公路基礎設施的建設取得了迅猛發展。截止2016年底，在役公路橋梁達到80.5萬多座，其中大橋和特大橋9萬多座。新材料、新裝備、新結構、新工藝的使用，為道路橋梁工程領域注入了新的發展活力，也帶來了許多需要研究和解決的熱點問題。其中，與基礎設施安全性相關的一系列問題成為學者關注的焦點之一。

根據我國學者的一項研究，本世紀以來的15年間，我國受各種因素影響而坍塌的橋梁達300余座，其中有43％的坍塌事故發生在建設時期。從分析數據看，服役期坍塌的橋梁中平均服役年限約為18.7年，遠遠少于橋梁50年或100年的設計壽命。

橋梁的垮塌事故源自于力的作用狀態的變化。因此，橋梁等大型結構設施的受力狀態及力學特性演變狀況，一直以來就被交通科研機構和管理部門廣泛關注。SHM(Structural?Health?Monitoring，結構健康監測)技術于上世紀80年代起，在橋梁運行狀態監測方面得到迅速推廣，并逐漸構建起BHM(Bridge?Health?Monitoring，橋梁健康監測)的技術體系。

公路大型SHM系統的長期、連續、動態監測的特點，使其具備監控與評估、設計驗證、研究與發展的多重功能，并在國內、外得到大量應用和廣泛關注。數據的溯源性、可靠性是SHM系統實現其各種功能的基礎。因此，公路大型結構監測(檢測)系統的長期有效應用也面臨著傳感器的可靠運行和計量溯源問題。主要問題有：

第一，SHM系統作為建立在測量傳感器輸出量值基礎上的應用系統，傳感器應當定期進行溯源性校準，以保證測量結果的連續有效，然而目前僅能開展傳感器安裝前的靜態校準。

第二，用于橋梁等大型結構健康監測的傳感器通常是監測增量而非絕對量，以應力(或稱應變)傳感器為例，結構安全評估所關注的是隨著多種激勵條件的變化，結構應力(或稱應變)相對于初始狀態的增量。理論上講，為保證這一增量結果測量的連續有效，傳感器在使用過程中，安裝狀態不應有任何變化。但實際應用中，傳感器的使用壽命遠遠短于橋梁設計壽命，傳感器更換后監測數據的連續性是無法回避的技術難題。這一過程需要專業計量技術作為保障。

第三，傳統的力學、長度、時間等計量技術的發展對工程計量領域構成了基礎支撐，但無法滿足特定工程應用領域的計量技術需求。

根據公路大型結構狀態監測(或稱檢測)實際應用需求及在線監測(或稱檢測)技術發展現狀，對關鍵橋梁、道路等大型結構物實施全壽命周期的狀態監測(或稱檢測)，是加強基礎設施運營期風險評估、保障用戶生命財產安全、改進大型結構設計方案的有效措施。

綜上所述，解決橋梁健康監測系統中的傳感器在線溯源性校準問題，以保證測量結果的連續有效，進行結構監測系統在線動態校準、傳感器計量性能評價與故障診斷、傳感器更替過程計量保障理論及技術等相關領域的研究工作迫在眉睫。

由于橋梁健康監測系統在投入使用后，傳感器拆卸將無法保證其對橋梁狀態參數的連續監測，通常傳感器安裝后將不再送往計量部門進行周期性的檢定或校準。對于傳感器的計量目前采用的方案有：

一、傳感器的單獨計量法：