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結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)之傳感器的選擇和布置

更新時間：2021-04-10 17:51

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1傳感器的選擇
傳感器的選型應(yīng)符合下列原則：
1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測應(yīng)根據(jù)具體的項目要求和實際應(yīng)用條件，本著力爭實現(xiàn)“監(jiān)測完整、性能穩(wěn)定兼顧性價比最優(yōu)”的主要原則選擇合理的傳感器類型和數(shù)量。
2傳感器應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)、體系和形式以及經(jīng)濟(jì)條件選擇，并結(jié)合健康監(jiān)測中具體內(nèi)容和目的選擇適宜的傳感器類型和數(shù)量。
3傳感器應(yīng)在監(jiān)測期間具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力，采集信號的信噪比應(yīng)滿足實際工程需求。
4宜選擇具有補(bǔ)償功能的傳感器。

傳感器選型應(yīng)符合下列規(guī)定：
1宜建立比較精確的力學(xué)模型，對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和動力特性作全面的分析，并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)尋找結(jié)構(gòu)靜動力反應(yīng)較大的部位，確定需要監(jiān)測的結(jié)構(gòu)反應(yīng)類型和監(jiān)測參數(shù)。
2應(yīng)根據(jù)力學(xué)模型分析的結(jié)果、工程經(jīng)驗判斷以及當(dāng)前傳感器產(chǎn)品的制作水平、性能參數(shù)和價格確定傳感器的類型。
3應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和力學(xué)分析結(jié)果確定必要和合理的監(jiān)測位置、數(shù)量和安裝方式。
4應(yīng)根據(jù)傳感器類型，選擇操作方便、耐候性好且精度合適的數(shù)據(jù)采集及信號通訊系統(tǒng)，保證監(jiān)測結(jié)果的可信度。
常用傳感器的選型和使用注意事項宜按有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行。

傳感器的性能參數(shù)應(yīng)符合下列要求：
1傳感器的量程宜為滿量程的80％～90％，且最大工作狀態(tài)點不應(yīng)超過滿量程。
2應(yīng)根據(jù)監(jiān)測參數(shù)和傳感器類型選擇適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率。當(dāng)在對結(jié)構(gòu)加速度等動態(tài)反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測時，傳感器采樣頻率應(yīng)為需監(jiān)測到的結(jié)構(gòu)最大頻率的2倍以上，采樣頻率宜為結(jié)構(gòu)最大頻率的(3～4)倍。
3傳感器應(yīng)具有良好而穩(wěn)定的線性度，在對結(jié)構(gòu)位移及應(yīng)變等反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測時需要滿足較高的線性度要求。
4傳感器應(yīng)具有良好而穩(wěn)定的靈敏度和信噪比。
5傳感器應(yīng)具有良好而穩(wěn)定的分辨率，且不應(yīng)低于所需監(jiān)測參數(shù)的最小單位量級。
6傳感器應(yīng)具有滿足監(jiān)測要求且足夠小的遲滯差值。
7傳感器應(yīng)具有良好而穩(wěn)定的重復(fù)性。
8傳感器測量值的漂移應(yīng)嚴(yán)格控制。
傳感器除應(yīng)符合上述性能參數(shù)要求外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定：1不同類型傳感器的供電方式應(yīng)根據(jù)實際情況和監(jiān)測要求確定；2傳感器應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)實際使用環(huán)境的要求；3傳感器的使用年限應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測持續(xù)的時間。
對于實時監(jiān)測要求比較高的傳感器，尚應(yīng)考慮下列動態(tài)特性：1傳感器的傳遞函數(shù)；2傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)；3傳感器的靜態(tài)標(biāo)定與校準(zhǔn)。

2傳感器的布置原則
傳感器布置應(yīng)遵循下列原則：
1測得的數(shù)據(jù)應(yīng)對實際結(jié)構(gòu)的靜、動力參數(shù)或環(huán)境條件變化較為敏感。
2測得的數(shù)據(jù)應(yīng)能充分并準(zhǔn)確地反應(yīng)結(jié)構(gòu)的動力特性。
3測得的參數(shù)應(yīng)能夠與理論分析結(jié)果建立起對應(yīng)關(guān)系。
4應(yīng)能通過合理添加傳感器對敏感區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)重點采集。
5宜在結(jié)構(gòu)反應(yīng)最不利處或已損傷處布置。
6可合理利用結(jié)構(gòu)的對稱性原則，達(dá)到減少傳感器的目的。
7傳感器的布置宜便于安裝和更換。
8宜減少信號的傳輸距離。

感器布置應(yīng)包括下列內(nèi)容：
1環(huán)境監(jiān)測、幾何監(jiān)測、外部荷載監(jiān)測和結(jié)構(gòu)反應(yīng)監(jiān)測等傳感器在結(jié)構(gòu)上的布置。
2加速度傳感器的布置。加速度傳感器布置準(zhǔn)則如下：1.模態(tài)保證準(zhǔn)則。2.模態(tài)矩陣的奇異值比準(zhǔn)則。3.平均模態(tài)動能。4.Fisher信息陣。5.模態(tài)的可視化程度。6.表征最小二乘法準(zhǔn)則。

3.傳感器的布置方法
環(huán)境監(jiān)測、幾何監(jiān)測、外部荷載監(jiān)測和結(jié)構(gòu)反應(yīng)監(jiān)測等傳感器可通過有限元分析確定極值或關(guān)鍵控制位置，風(fēng)速儀等特殊類型的傳感器可依其測量特點進(jìn)行布置。
加速度傳感器的布置可按下列方法進(jìn)行：1.模態(tài)動能法。2.特征向量乘積法。3.原點留數(shù)法。4.有效獨立法。5.改進(jìn)的MinMAC法。6.QR分解法。7.特征值靈敏度法。