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桥梁监测仪器设备方案

北京飞拓信达激光技术有限公司
2013年10月

仪器设备方案
一、监控系统组成
针对该项目的实际问题，以及现有的桥梁结构监测手段，并充分考虑经济、便捷等因素，建立如1所示的桥梁安全监控系统。该系统主要由传感器系统、太阳能供电系统，无线发射器、无线接收器、GPRS网络及监控中心等部分组成。其中现场监测系统将采用温湿度传感器、应变传感器、倾角传感器、位移传感器及挠度传感器，相邻多个传感器共用一个无线发射模块，多个无线发射模块传到一个无线接收模块，然后通过GPRS传回控制中心。对桥跨结构安全性能指标进行监测。
图1 桥梁监测系统组成
系统优点：
1、所有传感器和无线传输网络都是一个生产厂家提供，接口兼容，方便用户维护。售后相对有保证。
2、相邻跨布置一个无线发射模块，每桥布置一个无线接收模块，将采集数据通过GPRS接收机传输到GPRS控制器或公网，便于客户随时随地查看数据，甚至可以实现超限数据短信报警。
3、每个传感器有全球唯一的地址编码，本系统可以将温湿度传感器、应变传感器、位移计、挠度传感器、固定测斜仪及裂缝监测传感器集成到一个系统下进行数据的采集，可在同一采集软件显示。每套软件可以采集多个GPRS数据。方便实现远程控制。
4、单点触发采集，采样频率足以满足在线实时监测的需要。
5、使用电缆线距离短，安装方便、快捷，后期维护费用低。
二、主要仪器设备性能参数
1. FTYB-3000A数码静态应变传感器
图1 应变传感器
产品介绍：
数码应变表面传感器用来测量结构体在静荷载作用下产生的微应变。它是一种采用磁感位置编码技术研制而成新型应变传感器；无需接二次仪表，直接以数码方式将测量值传送给专门配置的数显表或计算机显示。有线/无线传送距离可达1km或更远。
工作原理：
通过直接测量物体某个标长范围（如标距150mm)内的微小长度变化来测应变，因此本应变传感器相当于是一个测微小位移电子装置（它的位移分辨力为0.015μm，相当于电子式十万分表)。与下图的机械式千分表应变测量装置测量原理类似传统自制的标矩为400mm的机械式千分表应变测量装置（通过千分表测量标长范围内的长度变化）
产品应用：
工程结构（如砼及构件）、钢结构、岩体以及土木程结构中桥梁、板、柱等应变的量测。
产品优势：
应变传感器是测量钢结构或混凝土结构微应变的传感器，在150mm标距内，全部采用钢材料，膨胀系数和混凝土接近，测量更精确。
特别提示：
目前国内存在仿造产品，产品结构不是纯钢材料，圆形传感腔体放置在标距内，温度变化时将引起较大误差。我公司产品为全钢结构，腔体在标距外，温度膨胀影响较小，测量更精准。
技术指标：
符合混凝土结构实验方法标准；
u 应变量程范围 ：±1500με；
u 应变最小分辨率：0.1με；
u 动态响应频率 ：0～100Ηz；
u 标 距 ：150mm
u 非线性及准度 ：≤1.0﹪F.S.
u 零点漂移 ：≤4με/4h；
u 温度漂移 ：≤0.1με/℃；
u 输出方式 ：RS485/无线；
u 工作电压电流 ：DC+8～12 V <30mA；
u 工作温度 ：-30～+60℃；湿度≤85﹪RH；
u 防护等级 ：IP65。
2、FTYB-3000B数码动静态应变传感器
产品介绍：
数码动静态应变传感器基本原理与数码静态应变传感器大致相同，但它内置有高速数字采集、存储芯片，动态频率响应0-100赫兹，完全满足大型桥梁结构的静态、动态冲击响应。同时它灵敏度高，线性度好，性能稳定，抗干忧能力强，安装方便,适宜长期观测，有线/无线传送距离可达1km或更远。
产品应用：
工程结构(如砼及构件)以及土木工程中桥梁、板、柱等表面应变的动、静态应变量测。
技术参数：
u 技术指标：符合混凝土结构实验方法标准
u 应变量程范围 ： ±1500με；
u 应变最小分辨率： 0.1με；
u 动态响应频率 ： 0～100Ηz；
u 标距 ： 150mm；
u 非线性及准度 ： ≤1.0﹪F.S.；
u 重复性及滞后 ： ≤0.5﹪F.S.；
u 零点漂移 ： ≤4με/4h；
u 温度漂移 ： ≤1με/℃；
u 输出方式 ： RS485/无线；
u 工作电压电流 ： DC+8～12 V； <30mA；
u 抗强磁能力 ： 2000A/m；
u 工作温度 ： -30～+60℃（湿度≤85﹪RH）；
u 防护等级 ： IP65。

3、FTWY-50数码直线位移传感器

图2 位移传感器

产品介绍：
测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场作用于波导管，使波导管产生磁致伸缩现象，产生应变脉冲，根据应变脉冲来判断活动磁环的位置。
数码位移传感器采用外壳表面阳极处理，防腐蚀；内置进口波导丝作为测量单元，经DSP数字信号处理，精度高，无温漂，无接触，寿命长达二十年；滑杆球头具有自动对中功能，便于安装，允许极限运动速度为10m/s。
工作原理：
直线数码位移传感器通过可伸缩测杆在被测体移动时带动钐钴合金材料在固定霍尔芯片内移动，利用霍尔效应输出电压信号。该信号直接进入16位单片机进行采样，转换成数字信号后，对其位置非线性编码，最后直接以RS485标准输出位移数字量。

产品优势：
非接触式测量，避免接触测量产品寿命影响。产品应用：广泛应用于土木工程、岩土工程、机械、水利水电等位置测量领域。
技术指标
u 符合混凝土结构实验方法标准;
u 量程范围 ：50mm ；
u 最小分辨率：1μｍ；
u 示值误差 ：±40μｍ；
u 温度漂移 ：0. 1﹪/10℃ F.S.；
u 时间漂移 ：±0.01﹪F.S./360h；
u 输出方式 ：RS485/无线；
u 工作电压 ：DC+8～12 V ； <150mA；
u 工作环境 ：-30～+60℃ （湿度<100% RH）；
u 防护等级 ：IP65。

图为：现场安装示意图
4、FTJN-3工程结构体动静态挠度沉降测试仪（非接触式，ccd采集）

图3 挠度测试仪
产品介绍：
FTJN-3工程结构体动静态挠度沉降测试仪是测量工程结构体各个被测点之间的相对高度变化的专业测量仪器设备。包括测试仪主机、钢丝滑轮承载器、固定支架等组成。FTJN-3工程结构体挠度沉降测试仪需要一个基准位置，可以在被测体以外拉一条细钢丝，钢丝一端固定，另一端通过滑轮牵引一重物，该重物的使钢丝以不变的重力被牵引，不受外环境（温度，湿度）影响。
工作原理：
挠度沉降测试仪本身固定于被测结构体上，测试仪内部安装有工业ccd，用Ф0.3～0.6㎜细钢丝穿过测试仪，同时钢丝两端以恒力牵引并固定于被测体外不变位的静止物上，调整间隙使钢丝穿过而不接触测试仪。以钢丝作为静止参考基准，用挠度测试仪内部ccd来采集钢丝与测试仪的相对位移变化，从而测得被测结构体的挠度值。
产品优势：
钢丝与挠度测试仪是采用ccd非接触测量静止钢丝，减少了由于接触摩擦和其他传动机构造成的钢丝位置改变仪器的误差。精度远远大于同类产品。
产品应用：
广泛用于各大型工程岩体、结构体（如桥梁、路基、地基、坝体、基桩）等各测点不均匀的沉陷（垂直）、倾斜或水平方向的测量；也可用于基桩静荷载竖向沉降检测，无须基准梁，仅需挂拉一根细钢丝作参考基准即可。
技术指标
u 符合混凝土结构实验方法标准；
u 量程范围 ：±50 mm （可根据用户需要扩展）；
u 最小分辨率：0.01mm；
u 示值误差 ：±01 mm；
u 时间漂移 ：≤0.05 mm /8 h ；
u 温度漂移 ：≤0.02%F.S./℃；
u 重复精度 ：≤±0.05mm；
u 通讯方式 ：RS485标准接口；
u 工作环境 ：-30～+60℃、湿度 <90% RH；
u 工作电压 ：DC +8～ +12V。
5、FTQJ-3数码动静倾角传感器（固定测斜仪）

图4 固定测斜仪
产品介绍：
数码动静倾角传感器是由采用磁感位置编码技术研制而成的新一代角位移位置控制器演变而来，具有无触点、无噪音、无磨损、无死区、灵敏度高、可靠性好的优点、较一般光电编码器更能耐受冲击与振动，使用寿命长。数码动静倾角传感器内部由摆杆、钐钴合金材料、霍尔芯片、16位单片机组成。传感器安放在被测结构体上，随结构一起倾斜；内部摆杆上固定霍尔芯片在磁场内移动，利用霍尔效应输出电压信号，该信号直接进入16位单片机进行采样，转换成数字信号后，对其位置非线性编码，最后直接以RS485标准输出位移数字量。
工作原理：
固定测斜仪是高精度双轴数字倾角仪，倾角仪通过测量静态重力加速度变化，转换成倾角变化。倾角仪测量输出传感器相对于水平面的倾斜和俯仰角度。倾角仪内置温度传感器可以根据温度变化修正传感器温度漂移。传感器角度响应速度从1次/秒--5次/秒（可调）。内置冲击抑制模式，依靠角度反映速度的差别，区分冲击震动和倾角变化。
产品应用：
测量桥梁动载下的动态倾斜角度变化，桥梁横向和纵向的阻尼等,诸如大楼、大坝、堤坝等结构的倾斜;也可用来测量边坡、矿井口、开挖面（如挡土墙）等的相对稳定性。
技术指标
u 符合混凝土结构实验方法标准；
u 量程范围 ：±30°；
u 精度 ：±0.02%；
u 灵敏度：0.005%；
u 测量精度 ：1.0级；
u 输出方式 ：RS485标准接口；
u 工作电压电流：DC+8～12 V、 <40mA；
u 工作环境 ：-25～+70℃ 、 湿度 <90% RH。

6、FTLF-5裂缝监测仪

图5 裂缝监测仪
产品介绍：
裂缝监测仪用于长期定点监测并记录在高空以及不易接触结构位置上的重点裂缝变化情况，该监测仪能自主的连续测量并记录裂缝在一段时间内的变化过程以及外界环境温度的变化值，从而清晰地反映该裂缝的变化趋势。
技术参数:
u 测量范围：±5mm/10mm/20mm/30mm，可定制；
u 裂缝位移精度：±0.01mm；
u 温度测量精度：±0.5℃；
u 最大记录数：65536条；
u 最小采样间隔：1分钟；
u 最大采样间隔：24小时；
u 待机时间：大于3个月（采样间隔设置为24小时）；
u 密封标准：IP 65；
u 电缆长度：10米/15米/30米，可定制；
u 供电：6节1.5V电池；
u 使用温度：-30℃～＋80℃。

7、FTWS-3温湿度传感器

图6 温湿度传感器
产品介绍：
智能数字式温湿度变送器采用进口湿敏电容湿度传感器和铂热电阻温度传感器，产品具有全量程精度高、稳定性、一致性好、响应速度快（温湿度、温度、湿度用户可选）等特点。产品可以很方便地与同等协议的其它设备联网通讯，或者进行软件开发、采用组态软件进行组态。
仪器参数：
u 湿 度 ： 5～95%RH 无凝露  
u 温 度 ： -40～80℃
u 工作电源 ：12VDC±10% 
u 温 度 ：（-40～80）℃
u 温度测量准确度 ：Pt100： 优于±0.5℃(0～50℃)
u 湿度有效测量范围：10～95% RH
u 长期稳定性典型值：0.5%RH/年
u 湿度测量准确度 ：±2% RH（20～90%RH,20℃无凝露）

8、无线发射模块
无线发射模块，可以不同类型传感器通过传感器线接到集线盒子上，R485集线盒的电源(12V)接到盒子上（四芯口）。集线盒和集线盒之间通过七芯总线连接，可根据传感器数量定制接口数量。
9、无线接收模块
无线接收端用于接收多个无线数据收发器（截面端）上的所有连接的传感器数据。一对多接收，可组网传感器数量多达512个以上。传输距离1～2Km。可12V蓄电池供电。可接RS232、RS485或者串口电脑USB口。
10、GPRS终端
GPRS 终端是一款使用GPRS进行无线数据传输的模块产品，支持PPP、TCP、UDP等众多复杂网络协议和SOCKET插口标准，为用户提供全透明的数据传输模式，同时支持点对点、点对多点、模块间、模块与监控中心间等多种不同的通讯模式，用户不用关心复杂的底层网络协议，通过全透明的串行口，就可以进行远程无线数据收发，让你的设备随时随地的接入TERNET。支持TCP和UDP两种报文格式，用户可以任意选择。

该产品广泛应用在远程电力监控、远程数据采集/传输、水污染监控、油田监控、GPS车载终端、森林防火、气象数据采集、远程抄表、野外无人职守、无法布线等领域。解决这些领域的通讯难题。应用特点：
u 终端根据设置好的工作参数，无需其它任何设备，上电自动拨号上网，自动连接服务器。
u 支持全透明收发模式和半透明（协议通讯）模式，用户可以根据自己的应用情况选择使用。
u 终端模块体积超小，不到一张明片体积的2/3。同类产品体积最小，特别适合嵌入式系统集成.
u 采用推拉式sim 卡座，连接可靠。
u 高度集成的GPRS、TCP/IP 技术 ，内置工业级GPRS 引擎和嵌入式CPU 完成复杂的网络协议，支持PPP、TCP、UDP、DNS 等协议，为用户数据提供透明的传输通道。
u 性能稳定，保证野外恶劣环境条件下长期可靠工作，内置看门狗，决不死机。
u 用户可设置心跳间隔、保持设备长期在线。
u 由于信号不好、中心关闭等引起的断线，终端 保证在条件恢复后自动重连(TCP 协议)。
u 支持中心为固定IP 方式
u 支持中心为动态IP+域名解析方式，该功能使用户无需申请昂贵的固定IP 业务。
u 提供TTL、232、485 多种串行通讯接口，波特率可选择，从300BPS 到115200BPS。
u 通过片内bootloader 装载程序实现串口编程(ISP)，方便升级。随时享用新功能。
u 终端内有FLASH 存贮器，一次设置，永久有效。
u 支持软开关机功能，用户不用终端工作时，可发指令让终端关机，这是为对功耗有严格要求的用户设计。
终端GPRS 性能指标
◆ 工作电压：DC5V 稳压电源
◆ 工业级设计，工作环境温度：-25℃ - +70℃，储藏温度：-45℃ - +85℃
◆ 湿度范围：0 - 95％ 非冷凝
◆ 功耗：数据收发时<200MA,空闲时<50MA。
◆ RS232 串口：默认9600BPS，8，1，N（可调）（默认接口）
◆ TTL 串口： 默认9600BPS，8，1，N（可调）
◆ 485 串口： 默认9600BPS，8，1，N（可调）
◆ SIM 卡接口：支持标准手机卡。SIM 卡槽采用推拉式。
◆ GSM 天线接口：50 欧SMA 天线连接头
我们的产品优势

1、 公司与清华大学、交通部科学研究院、中交华联等专业桥梁检测监测单位合作多年，具有丰富的检测、监测项目经验，受到广大业主单位的一致好评。
2、 公司是专业仪器生产商而非代理商，整套产品（各种传感器、数据采集仪、无线传输网络、数据处理软件）自主研发生产。所有产品出自一家，数据接口一致，方便组网，便于业主维护。
3、 我公司是目前国内唯一能够可以自主完成上述全部检测或监测产品研发生产的公司。
4、 全部自主产品，售后方便，不会出现售后推诿，扯皮的情况。
5、 可以根据客户要求提供检测或监测方案、相关仪器设备、安装调试、数据采集与处理软件等一站式服务，方式专业灵活。