橋梁和大型建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是綜合了現(xiàn)代傳感器技術(shù)、信號(hào)測(cè)試分析與處理技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸通訊技術(shù)及結(jié)構(gòu)分析預(yù)測(cè)理論等多個(gè)領(lǐng)域知識(shí), 經(jīng)過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐的積累研制而成的系統(tǒng)產(chǎn)品，可以測(cè)試、存儲(chǔ)、分析并提供運(yùn)營(yíng)中橋梁及建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)的多種信息，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的、實(shí)時(shí)的、在 線的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性作出實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，極大地延拓傳統(tǒng)人工檢測(cè)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)維修，提高養(yǎng)護(hù)維修的管理水平，保障橋梁和大型建筑 結(jié)構(gòu)的可靠性、安全性和耐久性，避免潛在的災(zāi)難性事件發(fā)生。

　　一、橋梁健康檢測(cè)常用振動(dòng)傳感器的工作原理及特點(diǎn)

　　常用于橋梁健康檢測(cè)的傳感器主要有壓電式、電容式、壓阻式等。

　　壓電式傳感器是利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)原理，敏感性較高,與之相匹配的是電荷放大器。敏感芯體質(zhì)量受振動(dòng)加速度作用后產(chǎn)生一個(gè)與加速度成正比的力，壓電材料受此力作用后沿其表面形成與這一力成正比的電荷信號(hào)。壓電式加速度傳感用具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅(jiān)固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號(hào)不需要任何外界電源等特點(diǎn)，是被最為廣泛使用的振動(dòng)丈量傳感器。

　　電容式加速度的結(jié)構(gòu)形式一般也采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。當(dāng)質(zhì)量受加速度作用運(yùn)動(dòng)而改變質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙進(jìn)而使電容值變化。電容式加速度計(jì)與其它類型的加速度傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，尤其是受溫度的影響比較?。坏蛔阒幈憩F(xiàn)在信號(hào)的輸進(jìn)與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是高阻抗信號(hào)源，因此電容傳感器的輸出信號(hào)往往需通過(guò)后繼電路給于改善。

　　壓阻式加速度計(jì)的敏感芯體為半導(dǎo)體材料制成電阻丈量電橋，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型仍然是彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。其芯體是固定在懸臂梁的應(yīng)變計(jì),與之匹配的放大器是動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。

　　壓阻形式敏感芯體的設(shè)計(jì)具有很大的靈活性以適合各種不同的丈量要求。在靈敏度和量程方面，從低靈敏度高量程的沖擊丈量，到直流高靈敏度的低頻丈量都有壓阻形式的加速度傳感器。同時(shí)壓阻式加速度傳感器丈量頻率范圍也可從直流信號(hào)到具有剛度高，丈量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻丈量。超小型化的設(shè)計(jì)也是壓阻式傳感器的一個(gè)亮點(diǎn)。壓阻式加速度傳感器的另一缺點(diǎn)是受溫度的影響較大，實(shí)用的傳感器一般都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

　　二、各類振動(dòng)傳感器在應(yīng)用中的局限

　　壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，貿(mào)易化使用歷史也很長(zhǎng)，但因其性能指標(biāo)與材料特性、設(shè)計(jì)和加工工藝密切相關(guān)，因此在市場(chǎng)上銷售的同類傳感器性能的實(shí)際參數(shù)以及其穩(wěn)定性和一致性差別非常大。與壓阻和電容式相比，其最大的缺點(diǎn)是壓電式加速度傳感器不能丈量零頻率的信號(hào)。 

　　電容式加速度傳感器在實(shí)際應(yīng)用中較多地用于低頻丈量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且本錢也比壓電式加速度傳感器高得多。 計(jì)低頻響應(yīng)好、阻尼穩(wěn)定且過(guò)載能力強(qiáng),適合應(yīng)用于低頻、微振等振動(dòng)測(cè)量。MEAS（精量電子）加速度傳感器產(chǎn)線提供的4020/4030電容式加速度傳感器，采用電容式硅MEMS傳感元件，使得4020加速度傳感器在關(guān)鍵測(cè)量應(yīng)用中具有非常好的高解析度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

4020雙軸加速度傳感器

　　壓阻式加速度傳感器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用盡管具有很大靈活性，但對(duì)某個(gè)特定設(shè)計(jì)的壓阻式芯體而言其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。在價(jià)格方面，大批量使用的壓阻式傳感器本錢價(jià)具有很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但對(duì)特殊使用的敏感芯體制造本錢將遠(yuǎn)高于壓電型加速度傳感器。MEAS（精量電子）加速度傳感器產(chǎn)線提供的3801A/4801A壓阻式加速度傳感器，采用全密封的堅(jiān)固外殼。3801A加速度傳感器量程從±2g到±2000g，氣態(tài)阻尼，提供寬頻率響應(yīng)。3801A加速度傳感器內(nèi)置機(jī)械過(guò)載限位，過(guò)載沖擊保護(hù)可達(dá)10000g，帶溫度補(bǔ)償，提供非常穩(wěn)定的輸出。

3801A加速度傳感器

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