结构健康监测（SHM）有助于保护珍贵的基础设施

气候变化正在导致气温变化、暴雨和强风等极端天气的出现，使珍贵的基础设施更有可能被推向极限。虽然老化的桥梁尤其容易出现结构性衰退，但状态监测也有助于保护从风力涡轮发电机到历史古迹等各类建筑资产。测量加速度等参数的正确传感器对于收集数据以深入了解结构的实际状况至关重要。这正是丹麦大贝尔特桥（"Storebæltsbroen"）所选用的解决方案。

东桥是世界上最长的悬索桥之一，自由跨度达 1624 米，两个桥塔高 254 米。东桥（Østbroen）的垂直净空高度为 65 米，足以让当今最大的游轮从桥下通过。

用于测量低频的 SHM 专用传感器

如何监测如此巨大物体的结构完整性？挑战是什么？奇石乐销售工程师Nielsen将为您一一解答：

“当时，我们为结构健康监测安装了两种类型的测量系统：一种系统用于测量垂直悬索的固有频率，另一种系统用于测量主跨内的固有频率。这里的频率和 g-forces 都很低，因此主要的挑战是如何将信号与其他振动（如过桥车辆产生的振动）隔离开来。”

Erik Nielsen, 奇石乐销售工程师

奇石乐的解决方案通过将特殊的低频 K-Beam 加速度计与低通滤波器相结合来满足这些要求，使桥梁内部的频率达到 1 Hz，悬索处的频率达到 10 Hz。为了进一步将信号与交通引起的振动隔离开来，还为集成在主跨上的传感器添加了机械阻尼器。尼尔森再次表示： "状态监测和结构健康监测应用通常需要对信号调节进行重点关注。要获得有价值的数据，不仅需要合适的传感器，还必须优化整个测量链，不仅是在信号质量和传输方面，还包括数据采集和评估。

稳健性和信号调节是结构健康监测的关键

为了抵御大海峡恶劣的天气条件，传感器、过滤器和发射器被安装在一个特殊的玻璃纤维加固外壳中（如下图所示）。Nielsen说：“这些极为坚固的箱体在 25 年后依然保持良好状态。将信号传输到控制中心的数据采集系统需要转换成电流输出（4-20 mA）。有些传感器需要的电缆长度超过 800 米，因此我们必须使用特殊的低噪音电缆和精密的电子设备。这次安装的线缆总长度实际上超过了五公里！”

测量结果有助于深入了解大桥的结构行为。支撑主跨钢绳的垂直悬索系统就像一把巨大的竖琴。Nielsen总结道：“最重要的是要确保风不会在这些'琴弦'上奏乐。为此，项目一开始就对桥梁结构进行了修改。自然频率和摇摆行为的变化也可能预示着桥梁结构的衰减和结构完整性的丧失。”

从传感器到软件的全套 SHM 解决方案

从在大皮带大贝尔特桥上安装传感器技术以来的 25 年内，奇石乐已为世界各地的桥梁配备了状态监测和结构健康监测解决方案。但这项技术的应用范围并不局限于桥梁，它还可以帮助保护许多其他类型的建筑物和结构。典型的应用包括发电厂、风力涡轮发电机和历史建筑。作为完整解决方案的提供商，奇石乐集团目前可提供从传感器、信号调节和数据采集到软件和自动报告的交钥匙系统。此外，奇石乐还为其产品提供端到端的支持，从最初的概念设计、现场调试到全天候运行和维护服务。

在希腊中部的 Hosios Loukas 修道院，奇石乐的结构健康监测系统持续监测古建筑的完整性。该地区很可能会发生微震，这种微震在地表是无法察觉的，可能会在不知不觉中削弱建筑结构。K-Beam 加速度计能够准确捕捉到建筑物结构健康状况的任何变化。信号被传输到 KiDAQ 数据采集系统（同样来自奇石乐），该系统可与雅典进行数据交换。有了这一解决方案，包括自动报告在内的全天候实时监测系统可确保在需要对历史建筑进行维护时及时发出通知。