[发明专利]桥梁监测传感器的在线校准方法及系统

说明书

本发明公开了一种桥梁监测传感器的在线校准方法和系统。方法包括：将参考传感器以与待校准传感器具有共同的外源激励的方式安装在桥梁结构面上；根据获取的参考传感器的采样值和待校准传感器的采样值，得到测试用同步差分值；根据测试用同步差分值和预先建立的训练用同步差分值与桥梁监测传感器计量性能的映射关系，确定待校准传感器的计量性能。系统包括参考传感器、获取装置、得到装置和确定装置。该方案使得可以在不中断现有桥梁监测系统正常工作的条件下，对待校准传感器的计量性能进行在线评定，从而提高桥梁监测系统的准确性和可靠性。通过设置成共源激励条件，使得待校准传感器的计量性能判断更具有科学性。

技术领域

本发明属于桥梁监测技术领域，特别涉及一种桥梁监测传感器在线校准方法及系统。

背景技术

近30年来，我国公路基础设施的建设取得了迅猛发展。截止2016年底，在役公路桥梁达到80.5万多座，其中大桥和特大桥9万多座。新材料、新装备、新结构、新工艺的使用，为道路桥梁工程领域注入了新的发展活力，也带来了许多需要研究和解决的热点问题。其中，与基础设施安全性相关的一系列问题成为学者关注的焦点之一。

根据我国学者的一项研究，本世纪以来的15年间，我国受各种因素影响而坍塌的桥梁达300余座，其中有43％的坍塌事故发生在建设时期。从分析数据看，服役期坍塌的桥梁中平均服役年限约为18.7年，远远少于桥梁50年或100年的设计寿命。

桥梁的垮塌事故源自于力的作用状态的变化。因此，桥梁等大型结构设施的受力状态及力学特性演变状况，一直以来就被交通科研机构和管理部门广泛关注。SHM(Structural Health Monitoring，结构健康监测)技术于上世纪80年代起，在桥梁运行状态监测方面得到迅速推广，并逐渐构建起BHM(Bridge Health Monitoring，桥梁健康监测)的技术体系。

公路大型SHM系统的长期、连续、动态监测的特点，使其具备监控与评估、设计验证、研究与发展的多重功能，并在国内、外得到大量应用和广泛关注。数据的溯源性、可靠性是SHM系统实现其各种功能的基础。因此，公路大型结构监测(检测)系统的长期有效应用也面临着传感器的可靠运行和计量溯源问题。主要问题有：

第一，SHM系统作为建立在测量传感器输出量值基础上的应用系统，传感器应当定期进行溯源性校准，以保证测量结果的连续有效，然而目前仅能开展传感器安装前的静态校准。

第二，用于桥梁等大型结构健康监测的传感器通常是监测增量而非绝对量，以应力(或称应变)传感器为例，结构安全评估所关注的是随着多种激励条件的变化，结构应力(或称应变)相对于初始状态的增量。理论上讲，为保证这一增量结果测量的连续有效，传感器在使用过程中，安装状态不应有任何变化。但实际应用中，传感器的使用寿命远远短于桥梁设计寿命，传感器更换后监测数据的连续性是无法回避的技术难题。这一过程需要专业计量技术作为保障。

第三，传统的力学、长度、时间等计量技术的发展对工程计量领域构成了基础支撑，但无法满足特定工程应用领域的计量技术需求。

根据公路大型结构状态监测(或称检测)实际应用需求及在线监测(或称检测)技术发展现状，对关键桥梁、道路等大型结构物实施全寿命周期的状态监测(或称检测)，是加强基础设施运营期风险评估、保障用户生命财产安全、改进大型结构设计方案的有效措施。

综上所述，解决桥梁健康监测系统中的传感器在线溯源性校准问题，以保证测量结果的连续有效，进行结构监测系统在线动态校准、传感器计量性能评价与故障诊断、传感器更替过程计量保障理论及技术等相关领域的研究工作迫在眉睫。

由于桥梁健康监测系统在投入使用后，传感器拆卸将无法保证其对桥梁状态参数的连续监测，通常传感器安装后将不再送往计量部门进行周期性的检定或校准。对于传感器的计量目前采用的方案有：

一、传感器的单独计量法：