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港珠澳大桥正式开通背后的桥梁健康监测传感器应用
2018年10月24日上午9时，世界最长跨海大桥港珠澳大桥正式通车营运。这一世纪工程，因建设周期史上最长、投资最多、施工难度最大，被誉为桥梁界的“珠穆朗玛峰”，曾被外媒称为“现代世界七大奇迹之一”。据不完全统计，在9年的漫长施工建设过程中，大桥至少用到了上千种传感器，它们构成了这一伟大工程的高精密感知系统。那么，港珠澳大桥都用到了哪些关键的传感器监测技术呢？下面，小编就来为您介绍一下。
航拍下的港珠澳大桥，大桥全长约55公里，其中主体工程包括22.9公里的桥梁、6.7公里的海底隧道，以及连接隧道和桥梁的东西人工岛。通车后，香港到珠海的陆路交通，将从以前的3个小时缩减到30分钟。
目前，国内桥梁一般设计使用寿命是100年，而港珠澳大桥设计使用寿命120年，可抗八级地震和16级台风，允许三十万吨级油轮通过。
图为今年9月份，超强台风“山竹”肆虐后的港珠澳大桥香港段。
港珠澳大桥采用的测力抗风隔震橡胶支座，资料图
2017年5月2日，港珠澳大桥沉管隧道最终接头进行吊装对接。钢壳混凝土结构的最终接头构件，入水后受洋流等影响，姿态会发生变化。为保证让最终接头在误差15厘米范围内成功安装，接头四个角都安装上了GPS定位系统。
2017年7月，港珠澳大桥海底隧道最终接头。
航拍下的港珠澳大桥，大桥全长约55公里，其中主体工程包括22.9公里的桥梁、6.7公里的海底隧道，以及连接隧道和桥梁的东西人工岛。通车后，香港到珠海的陆路交通，将从以前的3个小时缩减到30分钟。
地震安全监测与评估系统：加速度传感器监测桥梁振动信号
首先，地震安全监测与评估系统，可为港珠澳大桥通车后的安全运行保驾护航。港珠澳大桥地处珠江口，台风频繁，其位于抗震设防烈度7度的地震高风险区，因此非常有必要对大桥配置地震安全监测与评估系统。
目前，国内桥梁一般设计使用寿命是100年，而港珠澳大桥设计使用寿命120年，可抗八级地震和16级台风，允许三十万吨级油轮通过。
该系统主要由振动监测、事故预警、健康评估、地震风险评估四部分构成。在该系统的仪器设备方面，在港珠澳大桥多个桥段的关键位置，布设了加速度传感器，负责对桥梁振动信号进行精确测量，从而反映大跨度桥梁的动力特性。
据了解，该系统现已成功用于广东虎门大桥、黄埔大桥、九江大桥等多座特大型桥梁上。目前，其升级后的“重大建构筑物地震安全性在线监测与评估系统”，安装在乐昌水利枢纽和中国散裂中子源等重大工程结构和重大科学装置上。
图为今年9月份，超强台风“山竹”肆虐后的港珠澳大桥香港段。
隔震橡胶支座健康监测系统：液压测力传感器监测桥梁受力情况
根据港珠澳大桥运营的重要性和特殊工况需求，要求桥梁能抵抗16级以上台风，这让该工程成为目前对抗台风最严苛要求的国内桥梁工程。对此，港珠澳大桥采用的测力隔震橡胶支座，很好地解决了这一难题。
隔震橡胶支座健康监测系统，由液压测力装置、变送器和测试仪表系统组成。在支座内部安装有液压测力传感器，液压测力传感器的变送器及接口布设在支座外围并接至测试仪表。
港珠澳大桥采用的测力抗风隔震橡胶支座，资料图
当支座受力时，力通过挤压液压测力传感器，液压测力传感器就能准确感知压应力，并通过压力变送器转换成电流信号输送到控制室，并在控制室内的计算机系统准确显示出来。这样一来，控制室内的技术维护人员，就可随时观测桥梁的受力情况，实时评估桥梁运营的健康状况了。
2017年5月2日，港珠澳大桥沉管隧道最终接头进行吊装对接。钢壳混凝土结构的最终接头构件，入水后受洋流等影响，姿态会发生变化。为保证让最终接头在误差15厘米范围内成功安装，接头四个角都安装上了GPS定位系统。
沉管运动姿态实时监测系统：高精度MEMS陀螺仪、倾角传感器监测管节运动姿态
港珠澳大桥的海底隧道，在海平面以下最深40多米的地方，是世界上唯一的深埋沉管隧道。建设时，需把这些又长又重的巨大混凝土沉管，运输到施工海域，安装到海底基槽中。
沉管就像海底的大钟摆，需精确测量其左右、上下以及倾角方向上的摆幅。深水又导致了沉管运动的超低频特点，如果传感器没有极高的灵敏度，压根不可能测到。另外，沉管在安装前，要进行几十个小时的准备工作，测量仪器在水中时间长了可能会出现虚假波动，即“零漂”，影响测试结果。这就需要选择灵敏度极高的传感器，才能实现精确测量。
2017年7月，港珠澳大桥海底隧道最终接头。
在港珠澳大桥海底沉管隧道实现最后对接的合龙过程中，专为港珠澳大桥量身定制的沉管运动姿态实时监测系统，通过采用监测管节运动姿态的方法，对整个合龙过程进行了有效的监测。具体来说，采用国内目前最先进、灵敏度最高的MEMS陀螺仪和倾角传感器，以及航空航天导航制导专用设备，在管节的前后端分别设置测试点，并在关键的前端设置6支备份传感器，从而保证了测试信号的准确可靠。
此外，在海底隧道遍布各处的传感器，可对隧道内的风速、温度、气压差，以及二氧化碳、氮氧化物和微颗粒的浓度等参数进行实时监测。当有相应指标超出预设范围时，通过控制隧道内的通风系统，从而保证在海底隧道内提供舒适、安全、畅通的行车环境。
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