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结构健康监测系统之传感器的选择和布置
更新时间:2021-04-10 17:51
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1传感器的选择
传感器的选型应符合下列原则:
1结构健康监测应根据具体的项目要求和实际应用条件,本着力争实现“监测完整、性能稳定兼顾性价比最优”的主要原则选择合理的传感器类型和数量。
2传感器应根据结构状态、体系和形式以及经济条件选择,并结合健康监测中具体内容和目的选择适宜的传感器类型和数量。
3传感器应在监测期间具有良好的稳定性和抗干扰能力,采集信号的信噪比应满足实际工程需求。
4宜选择具有补偿功能的传感器。

传感器选型应符合下列规定:
1宜建立比较精确的力学模型,对结构的内力分布和动力特性作全面的分析,并结合监测数据寻找结构静动力反应较大的部位,确定需要监测的结构反应类型和监测参数。
2应根据力学模型分析的结果、工程经验判断以及当前传感器产品的制作水平、性能参数和价格确定传感器的类型。
3应根据现场调研和力学分析结果确定必要和合理的监测位置、数量和安装方式。
4应根据传感器类型,选择操作方便、耐候性好且精度合适的数据采集及信号通讯系统,保证监测结果的可信度。
常用传感器的选型和使用注意事项宜按有关规范、标准的规定进行。

传感器的性能参数应符合下列要求:
1传感器的量程宜为满量程的80%~90%,且最大工作状态点不应超过满量程。
2应根据监测参数和传感器类型选择适当的采样频率。当在对结构加速度等动态反应进行监测时,传感器采样频率应为需监测到的结构最大频率的2倍以上,采样频率宜为结构最大频率的(3~4)倍。
3传感器应具有良好而稳定的线性度,在对结构位移及应变等反应进行监测时需要满足较高的线性度要求。
4传感器应具有良好而稳定的灵敏度和信噪比。
5传感器应具有良好而稳定的分辨率,且不应低于所需监测参数的最小单位量级。
6传感器应具有满足监测要求且足够小的迟滞差值。
7传感器应具有良好而稳定的重复性。
8传感器测量值的漂移应严格控制。
传感器除应符合上述性能参数要求外,尚应符合下列规定:1不同类型传感器的供电方式应根据实际情况和监测要求确定;2传感器应满足结构实际使用环境的要求;3传感器的使用年限应满足结构健康监测持续的时间。
对于实时监测要求比较高的传感器,尚应考虑下列动态特性:1传感器的传递函数;2传感器的频率响应函数;3传感器的静态标定与校准。

2传感器的布置原则
传感器布置应遵循下列原则:
1测得的数据应对实际结构的静、动力参数或环境条件变化较为敏感。
2测得的数据应能充分并准确地反应结构的动力特性。
3测得的参数应能够与理论分析结果建立起对应关系。
4应能通过合理添加传感器对敏感区域进行数据重点采集。
5宜在结构反应最不利处或已损伤处布置。
6可合理利用结构的对称性原则,达到减少传感器的目的。
7传感器的布置宜便于安装和更换。
8宜减少信号的传输距离。

感器布置应包括下列内容:
1环境监测、几何监测、外部荷载监测和结构反应监测等传感器在结构上的布置。
2加速度传感器的布置。加速度传感器布置准则如下:1.模态保证准则。2.模态矩阵的奇异值比准则。3.平均模态动能。4.Fisher信息阵。5.模态的可视化程度。6.表征最小二乘法准则。

3.传感器的布置方法
环境监测、几何监测、外部荷载监测和结构反应监测等传感器可通过有限元分析确定极值或关键控制位置,风速仪等特殊类型的传感器可依其测量特点进行布置。
加速度传感器的布置可按下列方法进行:1.模态动能法。2.特征向量乘积法。3.原点留数法。4.有效独立法。5.改进的MinMAC法。6.QR分解法。7.特征值灵敏度法。

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