公司案例
LVDT如何破解中小橋梁動撓度監測難題
規范要求及監測設備情況介紹
主梁撓度應測項要求
《公路橋梁結構監測技術規范》(JT/T 1037-2022)，中明確了主梁豎向位移（主梁撓度）是懸索橋、斜拉橋、梁橋、拱橋等各種橋型的應測項。如下圖所示：
采集頻率要求
同時技術規范中也對位移監測項的采集頻率做出了明確要求：
撓度監測設備
對于不同橋型的撓度監測設備，規范中列舉了采用GNSS以及壓力變送器進行橋梁撓度監測。
GNSS簡單介紹：
GNSS是全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System）的簡稱。GNSS定位原理，主要依靠衛星發射的信號來計算監測站的位置。
參數如下表
由表中參數可知，在安裝工藝、安裝環境、衛星數據質量理想的情況下，GNSS靜態測量實驗室精度為水平： ± (2.5 +1× 10-6× D)mm，垂直： ± (5 + 1× 10-6× D)mm，數據更新率，1Hz、 5Hz、20Hz。實際安裝過程中，根據多年的現場安裝經驗，受到施工現場各種客觀因素的影響，GNSS監測的精度基本在厘米級，定位輸出頻率也難以實現規范中動位移監測的頻率要求達到20赫茲。
尤其是橋梁健康監測行業正在朝著輕量化、重實時報警、中小跨徑橋梁覆蓋等方向發展。中小跨徑橋梁撓度變化是小于毫米級別，并要求進行動態撓度監測，撓度超閾值后還需要聯動報警抓拍。所以我們在實際項目中，使用GNSS進行主梁豎向位移監測無論是從精度、頻率、行業趨勢等方面來說還是從現場安裝工藝、成本、施工可行性方面都存在一定的不適用性。
壓差變送器簡單介紹
壓差變送器是通過連通管內液體的壓力差來監測結構物的豎向位移變化的設備。常被用于橋梁撓度的長期自動化監測，由其特性決定此類設備無法實現動撓度監測。此類設備在環境溫度相對平穩、安裝位置相對靜止沒有車輛載荷沖擊導致的劇烈振動、連通管距離較小、安裝環境高差不大的情況下尚可使用。
在實際應用中，難以適應橋梁環境陽光直曬溫差大、重車沖擊振動強等狀況。實際數據誤差較大。具體實驗室參數如下
優點：
原理簡單，設備成本較低；可實現自動化測量。
不足：
● 需要部署水管、氣管、水箱、閥門、基準點等部件安裝布設繁瑣；
● 連通管系統需要定期補充液體維護繁瑣；
● 水管中有氣泡時，氣泡接觸壓力傳感器后，監測誤差較大；
● 連通管受環境溫度影響非常大，溫差導致的誤差，無法滿足監測規范要求；
● 當液體連通管距離較長、高差較大、轉彎角較多時測量數據誤差較大；
● 不太適用于跨徑大、縱坡較大的橋梁；
● 當測量環境振動較大時，測量誤差較大；
● 受連通管內液體響應時間限制，只能用于低頻靜撓度監測；
● 無法進行動態高精度撓度監測；
● 在箱梁內安裝時，監測撓度為墩柱頂部與主梁各測點的相對豎向位移。
適用場景：
適用于一些對測量精度要求不高、監測環境溫度變化較小、跨徑較小、縱坡較緩、安裝環境振動小的橋梁，如城市中的小型景觀橋、小型互通立交匝道橋等的靜撓度長期監測。
單個產品在實驗室環境下的監測數據誤差可達到0.2毫米或更優，但是實際安裝現場的系統精度往往難以令人滿意。一旦發現誤差較大時，數據驗證非常困難、維修難度、維修成本非常大，難以滿足用戶驗收要求。
創新應用LVDT動撓度儀
如何克服GNSS、壓差變送器等設備的不足之處，并且能夠滿足動態撓度監測的項目需求。我們結合項目實際情況并與行業內的專家進行了求教，經過大量的溝通，LVDT位移傳感器成為我們研究的的對象。
橋梁行業的橋型規范中分為四種：懸索橋、斜拉橋、梁橋、拱橋。經過研究發現，因為監測精度不同、采集頻率不同、橋型不同、現場施工環境不同、業主監測功能要求完全不同，不同項目中采用的撓度監測方法也不盡相同。
我們采用LVDT位移傳感器進行動撓度監測，聚焦在對梁橋進行撓度監測。梁橋按承重結構的靜力體系劃分，可分為簡支梁橋、懸臂梁橋、連續梁橋。這些橋型在單跨120跨徑以內，都可以使用我們研發的LVDT動撓度儀進行主梁豎向位移監測。其實驗室精度高達0.01毫米，系統現場監測精度達到0.1毫米，監測頻率20赫茲，分辨率高達1μm。該LVDT動撓度儀基于磁感應原理，監測數據基本不受室外溫度變化影響。因為此設備實時性高、監測數據分辨率高、誤差小，常與高清攝像機聯動，可實現重車過境撓度實時監測和重車視頻抓拍功能。LVDT動撓度儀出色的功能和數據表現，在眾多撓度監測技術方案中成為最優秀的解決方案之一，非常令用戶滿意，完全高于規范精度及采集頻率要求。
LVDT動撓度監測儀系統組成
具體參數：
安裝示意圖：
LVDT動撓度儀是實時監測橋梁動撓度的裝置。具有有高穩定性、采樣數據準確、施工簡單、易操作等特點。適用于橋下空間或箱梁橋內，橋梁跨徑范圍為50～120米。
實際工程曲線展示
數據解讀：
1.測量精度高?系統采用24位數據A/D,采樣精度較高。撓度重復精度可達0.01毫米。?
2.動態響應準確??
動撓度曲線真實反映橋梁在荷載作用下的瞬態響應特性，曲線形態完全符合橋梁力學特性。?
3.數據完整性強???
曲線無數據缺失，完整率100%。?
4.動態歸零算法????
軟件平臺具備VOE動態歸零算法，確保有效擬合載荷及結構響應工況。?
5.抗環境干擾能力強?????
本系統采用LVDT原理，溫漂小，不受環境溫差變化影響。
系統選取2毫米直徑不銹鋼鋼絲，張拉數據多次試驗，系統不受風致影響。
另外，在野外安裝時，未發現鳥類對系統的影響。
6.適用性?????
本系統適用于單跨120米以內的橋梁。安裝現場需通視，鋼絲張拉沒有障礙物遮擋。
安裝方法
安裝前準備
材料準備：
確認所有材料及配件符合規格要求，每套裝置含：恒力彈簧裝置、鋼絲拉力裝置、LVDT傳感器及其他所需支架和輔料。
安裝支架及輔料明細如下：
工具準備：
確保所有安裝工具齊全，包括激光水平儀、切割工具、扳手、測量工具等。
安全準備：
準備必要的安全設備，如安全帽、安全帶、手套等。
安裝步驟
位置測量：
1.采用激光水平儀測量出監測點的位置，在橋跨中1/2位置選定安放水平儀支架。
2.調整水平儀，確保水平端點指示點正常，水平儀距橋梁頂板保持1米左右。
標記安裝點：
1.打開水平儀開關，選定水平線可得到安裝點的水平位置，用記號筆標注安裝點。
2.轉動水平儀設備，可看到橋另一端安裝點的位置，用記號筆標注安裝點。
打孔與固定：
1.用設備安裝樣板根據水平線居中畫出設備安裝孔，根據拉力要求選擇合適的脹栓，配好電錘錘頭，開始打安裝孔，每個設備安裝點位不低于4個固定點。
2.打好安裝孔后，植入膨脹螺栓，把設備安裝上去，用電動風炮擰緊，保證無松動。震動量大的地方，安裝2個螺母以防松動脫落。
鋼絲安裝：
1.兩端裝置都安裝完成后，開始張拉鋼絲。先固定彈簧裝置一端，給設備固定環上增加固定鋼絲專用的雞心環，防止死結導致鋼絲折斷。
2.將鋼絲穿入雞心環，用專用鋼絲卡扣固定，鋼絲來回多折幾圈卡入鋼絲卡扣，擰緊螺母確保無松動。
3.按要求轉動拉力絞盤，觀察彈簧拉力裝置設備上的刻度，轉動至刻度5（240kg）的位置，再去檢查橋梁跨中鋼絲拉緊力度，如未達到拉緊效果，可適當再搖動轉盤至刻度6（260kg），但不宜超過極限值（300kg）以防止鋼絲斷裂。
LVDT固定支架安裝：
1.鋼絲拉緊后，根據鋼絲拉緊位置橫向偏移100~150mm，畫出測點安裝位置，準備安裝型鋼底座。
2.取出型鋼底座放置橋梁頂部位置，選好方向確保垂直，畫出安裝點位準備打孔安裝LVDT型鋼固定支架。
3.型鋼底座通過膨脹螺栓固定在橋梁混凝土面，安裝完成后，用盒尺測量鋼絲到頂部型鋼底座的長度，減去100～150mm裁切對應長度的型鋼，通過塑翼螺母與螺栓將型鋼與底座固定。
4.為保證型鋼的垂直穩定性，需增加1個斜支撐，通過45度連接件將型鋼組裝成斜拉件,分別固定在橋梁混凝土面和垂直型鋼約1/4處，安裝完成后用水平尺測量，確保型鋼垂直。
LVDT傳感器固定：
1.在支架上安裝兩個管束，通過管束將LVDT設備固定，再調整垂直與水平距離。水平距離通過管束背部通絲來調整，并確保鋼絲在LVDT設備吊環內自由活動。
電氣連接：
1.設備安裝完成后，按照下圖所示連接電源線和設備線連接情況，將電流轉電壓模塊紅色接+輸入3，黑色接輸入4-。5+接采集儀+，6接采集儀-。7接DC24V+，8接DC24V-。
2.線纜對接根據廠家設備定義為準，接線完成后，另一端接動態采集儀,準備動態數據采集。
設備調試：
打開筆記本動態數據采集軟件，首先設置動態采集儀IP地址與電腦同一網段，例如：192.168.1.156，鏈接后觀察電腦數據變化，即可采集得到相應的數據。以下為采集數據示意圖：
