技术服务 - 宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司

土木工程结构健康监测系统
电力石化领域光纤光栅测温系统
振动控制方案

大型土木工程结构造价昂贵，承担着重要的社会功能，它们的使用期长达几十年、甚至上百年，环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下引发灾难性的突发事故。因此，在重要的土木结构上设置运营健康监测系统全天候地监测结构的工作性态变化的程度，把握结构损伤累积和安全度下降的状况，对于重大工程结构的检测、维修与控制的科学决策，保证结构安全运行具有重要的实际意义。

“健康监测”的定义（欧进萍（2002））：结构智能监测集智能传感元件、数据有线或无线采集和实时处理、结构损伤识别、健康诊断与可靠性预测以及远程通讯与数据管理等硬软件系统于一体，是工程理论发展与综合的象征、高新技术开发与集成的标志，同时也是现代结构实验技术的集中体现。

结构健康监测系统由传感器子系统，数据采集、处理与存储子系统，结构安全评定子系统，有线/无线远距离传输子系统和远程监测与数据管理子系统组成。

传感器子系统
按传感器优化理论确定传感器的最小数量，考虑被监测结构的特点、投资规模以及结构的重要性，考虑一定的冗余度，确定传感器的总数量。
对整体变量监测传感器，一般根据传感器优化布设理论和结构模态信息确定传感器的最优位置；
对局部变量监测传感器，一般布设在应力最大和最易损伤部位，同时布设在对结构整体破坏影响较大的区域。

数据采集、处理与存储子系统
该子系统包括数据采集、数据处理和数据存储三个部分。其中，数据采集是获取采集仪得到的电信号；数据处理是对信号进行FFT、滤波去噪、去除异常值等处理；数据存储是将获得的数据以文本文件或是二进制文件的形式存储在计算机中或是直接存储在数据库服务器中以便于日后的数据分析或是安全评定。

结构安全评定子系统
将获得的数据通过相关的模态分析算法分析当前结构的健康状况。

有线/无线远距离传输子系统
通过有线/无线网络的搭建实现数据的远距离传输。

远程监测与数据管理子系统
通过数字信号传输网络，实现对结构的健康状态和整个监测系统的远程实时监测和管理功能，为结构的安全运营提供技术保障，实现现场用户和异地专家对结构进行实时安全评定，提高安全评定的准确性和可靠性。

电力设备通常工作在高电压和大电流状态，一些设备缺陷能够导致设备部件的异常温度升高。例如，电力设备中存在大量导体压接连接和插接连接，如果压接或插接不紧，则导致接触电阻增加，在大电流作用下出现温度异常升高。温度的升高使得接触电阻进一步增大，造成恶性循环，最终可能导致设备不能正常工作，甚至烧毁。采用温度监测技术，及时发现电力设备的温度异常，对于保证电力设备的安全可靠运行具有重要意义。

石化系统中的大型储油罐属于易燃易爆场所，如果在温度升高的过程进行监测，在火灾发生的初期能及时进行预报，采取相应措施，可以将事故损失降低到最低。但是，由于技术的原因，配套设施始终没有得到根本的解决，火灾事故时有发生，因此对大型储罐进行温度火灾探测受到关注与重视。

传统的电传感器虽都符合防爆标准，但由于本身存在供电等安全隐患，在某些情况下仍然可以成为点火源，因此不能满足高电压环境及油罐环境的测温要求。

光纤光栅测温系统由于具有防爆绝缘、高精度、高可靠性、安装方便及耐久性好等优点，因此在石化、电力等领域是易燃易爆场合下温度探测的理想产品。

防爆绝缘、本质安全：光纤光栅测温系统与监测现场完全不需电源，是真正意义上的全光监测。系统本质安全，其防爆、抗强电磁干扰、防雷击的特点明显优于电信号传感器等其他技术方案。
高精度、高可靠性：光纤光栅传感器是绝对测量，光源衰减和线路损耗不影响测量精度。在所有类型光纤传感器中具有较高的测量精度。
安装方便、耐久性好：光纤光栅传感器可根据特定测量部位定制，传感器本身结构简单、材料耐腐蚀性好，可进行带油无电安装，安装与维修方便，可做到长期实时在线监测。

振动与冲击是广泛存在于各种结构中的现象，如建筑物在风荷载作用下会发生的周期性振动，海洋平台在风、浪、冰等复杂外力联合作用下发生的随机振动，汽车在崎岖的路面行驶时车身发生的强烈振动等等。振动与冲击通常会造成结构的疲劳累积损伤，缩短结构物的使用寿命，此外还常常伴随噪声污染，给操作者或周围人群的健康带来不利影响。

为了提高结构物的使用寿命和降低其噪声污染，本公司将提供基于最前沿的振动控制理论和最先进的智能阻尼器控制技术的振动与冲击解决方案。该方案的实现方法通常为几个步骤：

（1）对被控对象进行结构分析和环境荷载分析，建立动力学模型；
（2）综合考虑被控对象的动力学特点、重要性和经济因素，提出智能振动控制系统或被动耗能减振装置实施方案；
（3）初步设计振动控制系统（装置），并进行计算机仿真，得出理论振动控制效果；
（4）按设计定制振动控制系统（装置）,并进行器件性能试验和现场试运行试验；
（5）若现场试运行结果与理论结果误差超过允许范围，则回到第（3）步进行系统（装置）再设计。

智能控制系统在原理上是一种基于状态反馈的闭环线性控制系统，一般是由磁流变液阻尼器、控制算法集成电路、传感器与电源控制器组成。其中磁流变液阻尼器是核心元件，由于采用了智能可控流体磁流变液，可以轻松实现低功率电源对阻尼力的精确无级调控。

被动耗能减振装置通常采用一种阻尼力不可调节的粘滞阻尼器。在被控对象动力学特点简单、振动频域较窄时，它是一种非常有效和经济的振动控制装置。