公司案例
LVDT如何破解中小桥梁动挠度监测难题
规范要求及监测设备情况介绍
主梁挠度应测项要求
《公路桥梁结构监测技术规范》(JT/T 1037-2022)，中明确了主梁竖向位移（主梁挠度）是悬索桥、斜拉桥、梁桥、拱桥等各种桥型的应测项。如下图所示：
采集频率要求
同时技术规范中也对位移监测项的采集频率做出了明确要求：
挠度监测设备
对于不同桥型的挠度监测设备，规范中列举了采用GNSS以及压力变送器进行桥梁挠度监测。
GNSS简单介绍：
GNSS是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）的简称。GNSS定位原理，主要依靠卫星发射的信号来计算监测站的位置。
参数如下表
由表中参数可知，在安装工艺、安装环境、卫星数据质量理想的情况下，GNSS静态测量实验室精度为水平： ± (2.5 +1× 10-6× D)mm，垂直： ± (5 + 1× 10-6× D)mm，数据更新率，1Hz、 5Hz、20Hz。实际安装过程中，根据多年的现场安装经验，受到施工现场各种客观因素的影响，GNSS监测的精度基本在厘米级，定位输出频率也难以实现规范中动位移监测的频率要求达到20赫兹。
尤其是桥梁健康监测行业正在朝着轻量化、重实时报警、中小跨径桥梁覆盖等方向发展。中小跨径桥梁挠度变化是小于毫米级别，并要求进行动态挠度监测，挠度超阈值后还需要联动报警抓拍。所以我们在实际项目中，使用GNSS进行主梁竖向位移监测无论是从精度、频率、行业趋势等方面来说还是从现场安装工艺、成本、施工可行性方面都存在一定的不适用性。
压差变送器简单介绍
压差变送器是通过连通管内液体的压力差来监测结构物的竖向位移变化的设备。常被用于桥梁挠度的长期自动化监测，由其特性决定此类设备无法实现动挠度监测。此类设备在环境温度相对平稳、安装位置相对静止没有车辆载荷冲击导致的剧烈振动、连通管距离较小、安装环境高差不大的情况下尚可使用。
在实际应用中，难以适应桥梁环境阳光直晒温差大、重车冲击振动强等状况。实际数据误差较大。具体实验室参数如下
优点：
原理简单，设备成本较低；可实现自动化测量。
不足：
● 需要部署水管、气管、水箱、阀门、基准点等部件安装布设繁琐；
● 连通管系统需要定期补充液体维护繁琐；
● 水管中有气泡时，气泡接触压力传感器后，监测误差较大；
● 连通管受环境温度影响非常大，温差导致的误差，无法满足监测规范要求；
● 当液体连通管距离较长、高差较大、转弯角较多时测量数据误差较大；
● 不太适用于跨径大、纵坡较大的桥梁；
● 当测量环境振动较大时，测量误差较大；
● 受连通管内液体响应时间限制，只能用于低频静挠度监测；
● 无法进行动态高精度挠度监测；
● 在箱梁内安装时，监测挠度为墩柱顶部与主梁各测点的相对竖向位移。
适用场景：
适用于一些对测量精度要求不高、监测环境温度变化较小、跨径较小、纵坡较缓、安装环境振动小的桥梁，如城市中的小型景观桥、小型互通立交匝道桥等的静挠度长期监测。
单个产品在实验室环境下的监测数据误差可达到0.2毫米或更优，但是实际安装现场的系统精度往往难以令人满意。一旦发现误差较大时，数据验证非常困难、维修难度、维修成本非常大，难以满足用户验收要求。
创新应用LVDT动挠度仪
如何克服GNSS、压差变送器等设备的不足之处，并且能够满足动态挠度监测的项目需求。我们结合项目实际情况并与行业内的专家进行了求教，经过大量的沟通，LVDT位移传感器成为我们研究的的对象。
桥梁行业的桥型规范中分为四种：悬索桥、斜拉桥、梁桥、拱桥。经过研究发现，因为监测精度不同、采集频率不同、桥型不同、现场施工环境不同、业主监测功能要求完全不同，不同项目中采用的挠度监测方法也不尽相同。
我们采用LVDT位移传感器进行动挠度监测，聚焦在对梁桥进行挠度监测。梁桥按承重结构的静力体系划分，可分为简支梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥。这些桥型在单跨120跨径以内，都可以使用我们研发的LVDT动挠度仪进行主梁竖向位移监测。其实验室精度高达0.01毫米，系统现场监测精度达到0.1毫米，监测频率20赫兹，分辨率高达1μm。该LVDT动挠度仪基于磁感应原理，监测数据基本不受室外温度变化影响。因为此设备实时性高、监测数据分辨率高、误差小，常与高清摄像机联动，可实现重车过境挠度实时监测和重车视频抓拍功能。LVDT动挠度仪出色的功能和数据表现，在众多挠度监测技术方案中成为最优秀的解决方案之一，非常令用户满意，完全高于规范精度及采集频率要求。
LVDT动挠度监测仪系统组成
具体参数：
安装示意图：
LVDT动挠度仪是实时监测桥梁动挠度的装置。具有有高稳定性、采样数据准确、施工简单、易操作等特点。适用于桥下空间或箱梁桥内，桥梁跨径范围为50～120米。
实际工程曲线展示
数据解读：
1.测量精度高系统采用24位数据A/D,采样精度较高。挠度重复精度可达0.01毫米。
2.动态响应准确
动挠度曲线真实反映桥梁在荷载作用下的瞬态响应特性，曲线形态完全符合桥梁力学特性。
3.数据完整性强
曲线无数据缺失，完整率100%。
4.动态归零算法
软件平台具备VOE动态归零算法，确保有效拟合载荷及结构响应工况。
5.抗环境干扰能力强
本系统采用LVDT原理，温漂小，不受环境温差变化影响。
系统选取2毫米直径不锈钢钢丝，张拉数据多次试验，系统不受风致影响。
另外，在野外安装时，未发现鸟类对系统的影响。
6.适用性
本系统适用于单跨120米以内的桥梁。安装现场需通视，钢丝张拉没有障碍物遮挡。
安装方法
安装前准备
材料准备：
确认所有材料及配件符合规格要求，每套装置含：恒力弹簧装置、钢丝拉力装置、LVDT传感器及其他所需支架和辅料。
安装支架及辅料明细如下：
工具准备：
确保所有安装工具齐全，包括激光水平仪、切割工具、扳手、测量工具等。
安全准备：
准备必要的安全设备，如安全帽、安全带、手套等。
安装步骤
位置测量：
1.采用激光水平仪测量出监测点的位置，在桥跨中1/2位置选定安放水平仪支架。
2.调整水平仪，确保水平端点指示点正常，水平仪距桥梁顶板保持1米左右。
标记安装点：
1.打开水平仪开关，选定水平线可得到安装点的水平位置，用记号笔标注安装点。
2.转动水平仪设备，可看到桥另一端安装点的位置，用记号笔标注安装点。
打孔与固定：
1.用设备安装样板根据水平线居中画出设备安装孔，根据拉力要求选择合适的胀栓，配好电锤锤头，开始打安装孔，每个设备安装点位不低于4个固定点。
2.打好安装孔后，植入膨胀螺栓，把设备安装上去，用电动风炮拧紧，保证无松动。震动量大的地方，安装2个螺母以防松动脱落。
钢丝安装：
1.两端装置都安装完成后，开始张拉钢丝。先固定弹簧装置一端，给设备固定环上增加固定钢丝专用的鸡心环，防止死结导致钢丝折断。
2.将钢丝穿入鸡心环，用专用钢丝卡扣固定，钢丝来回多折几圈卡入钢丝卡扣，拧紧螺母确保无松动。
3.按要求转动拉力绞盘，观察弹簧拉力装置设备上的刻度，转动至刻度5（240kg）的位置，再去检查桥梁跨中钢丝拉紧力度，如未达到拉紧效果，可适当再摇动转盘至刻度6（260kg），但不宜超过极限值（300kg）以防止钢丝断裂。
LVDT固定支架安装：
1.钢丝拉紧后，根据钢丝拉紧位置横向偏移100~150mm，画出测点安装位置，准备安装型钢底座。
2.取出型钢底座放置桥梁顶部位置，选好方向确保垂直，画出安装点位准备打孔安装LVDT型钢固定支架。
3.型钢底座通过膨胀螺栓固定在桥梁混凝土面，安装完成后，用盒尺测量钢丝到顶部型钢底座的长度，减去100～150mm裁切对应长度的型钢，通过塑翼螺母与螺栓将型钢与底座固定。
4.为保证型钢的垂直稳定性，需增加1个斜支撑，通过45度连接件将型钢组装成斜拉件,分别固定在桥梁混凝土面和垂直型钢约1/4处，安装完成后用水平尺测量，确保型钢垂直。
LVDT传感器固定：
1.在支架上安装两个管束，通过管束将LVDT设备固定，再调整垂直与水平距离。水平距离通过管束背部通丝来调整，并确保钢丝在LVDT设备吊环内自由活动。
电气连接：
1.设备安装完成后，按照下图所示连接电源线和设备线连接情况，将电流转电压模块红色接+输入3，黑色接输入4-。5+接采集仪+，6接采集仪-。7接DC24V+，8接DC24V-。
2.线缆对接根据厂家设备定义为准，接线完成后，另一端接动态采集仪,准备动态数据采集。
设备调试：
打开笔记本动态数据采集软件，首先设置动态采集仪IP地址与电脑同一网段，例如：192.168.1.156，链接后观察电脑数据变化，即可采集得到相应的数据。以下为采集数据示意图：
