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1、第28卷第8期武汉理工大学学报Vol.28No.82006年8月JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYAug.2006新型光纤光栅振动传感器测试斜拉索索力刘胜春,姜德生,李盛(武汉理工大学光纤传感技术研究中心,武汉430070)摘要:介绍了一种新型的基于光纤光栅振动传感器的索力测试系统,并与传统的基于压电式加速度传感器的索力测试系统进行了对比试验研究。结果表明,二者的测试精度相差不大,由于压电式加速度传感器的固有缺陷无法实现索力的远程监测,只适用于索力的定期监测;而基于光纤光栅振动传感器的索力测试系统能够对索力进行实时监测。关键词:斜拉桥;索力测试;传感器;
2、光纤光栅中图分类号:TH74文献标志码:A文章编号:167124431(2006)0820110203ApplicationofOpticFiberGratingVibrationSensortoCableTensionMeasuringofCable2stayedBridgesLIUSheng2chun,JIANGDe2sheng,LISheng(FiberOpticalSensingTechnologyResearchCenter,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)Abstract:Anewcabletensionmeasurin
3、gsystembasedonopticfibergratingvibrationsensorisintroduced.Fortestingitsperformance,wemadeaexperimentinwhichtwocabletensionsmeasuringsystem,theforenamedoneandtheotheronebasedonpiezoelectricityaccelerometer,werebothusedtomeasurethetensionofastayedcableasthesametime.Theresultshowedthattheprecisionoft
4、hetwomethodshadlittlediscrepancy.Onaccountoftheinherentlimitationoftheinherentlimitationofthepiezoelectricityaccelerometer,thesystembasedonpiezoelectricityaccelerometerusuallyappliestotheinspectofthecabletension,butthesystembasedonopticfibergratingvibrationsensorcanapplytotherealtimemonitoringofthe
5、cabletensionaswell.Keywords:cable2stayedbridges;cabletensionmeasuring;fiberBragggrating;vibrationsensor斜拉索是斜拉桥的一个重要组成部分,斜拉桥桥跨结构的重量和桥上的活载绝大部分或全部都通过斜拉索传递到塔柱上,索力是衡量斜拉桥健康状态的重要参数之一。因此,若能在线实时监测斜拉所的索力,不仅能为斜拉桥系统的维护、保养提供可靠的依据,而且可以及时处理可能出现的故障,避免事故的发生,同时还可以积累有用的参考依据。在工程实践中,频率法是应用最为广泛的索力测试方法。然而,由于电信号无法远距离准确传输的
6、固有缺点,当前应用的基于压电式加速度传感器的频率法还无法满足索力监测的要求,只能用来进行索力检测。针对这一弱点,作者采用了中心研制的光纤光栅振动传感器来代替压电式加速度传感器并重新设计了索力测试系统。文章将介绍这一新型的索力测试系统,并与传统的频率法索力测试系统作对比试验研究。1索力与频率的关系在频率法中,以环境振动或者强迫激励拉索,传感器记下时程数据,并由此识别出索的振动频率。由拉收稿日期:2006203211.基金项目:国家自然科学基金(50179029).作者简介:刘胜春(19732),博士生,讲师.E2mail:liusc@mail.whut.edu.cn第28卷第8期刘胜春,等:新
7、型光纤光栅振动传感器测试斜拉索索力111索与其固有频率的关系便可推算出索力,索与拉力的关系最简单的即为/张紧的弦0的公式22T=4ml@(fn/n)(1)式中,m为索的线密度;l为斜拉索长度;fn是第n阶的自振频率;n是弦振动的阶数。用式(1)虽可粗略地计算索力,但很多时候都显得过于简化,不符合实际情况。实际的拉索由于自重有一定的垂度,具有一定的抗弯刚度,必须引入边界条件。[1,2]有学者指出,忽略垂度和刚度
