10月14日,被誉为“新世界七大奇迹”的港珠澳大桥正式开通,将香港、珠海和澳门三地连接在一起,总长55公里,是世界最长、施工难度最大的跨海大桥。作为粤港澳三地首次合作共建的超大型跨海交通工程,涵盖着400多项新工艺、新材料、新设备和新技术的 ,而大桥背后的传感器技术也为大桥的顺利贯通和安全运行做出了很大贡献。
港珠澳大桥拥有世界上最长的海底沉管隧道,需要很多巨型混凝土沉管,由拖船运输到施工海面,再安装到海底基槽中,这些沉管就像海底的大钟摆,需要精确测量其左右、上下以及倾角方向上的摆幅。海水的深度导致了沉管运动的超低频,这就要求传感器拥有非常高的精度和灵敏度。随着物联网的深入发展,对桥梁的健康安全监测、重要结构部位的养护,都已离不开传感器的应用。
倾角传感器采用MEMS技术,最高精度达0.001°,传感器内部采用高分辨力差分数模转换器,内置自动补偿和滤波算法,很大程度减小了环境变化引起的误差。把静态重力场的变化转换成倾角变化,通过数字方式直接输出当前的横滚角和俯仰角,产品安装方便、使用简单、体积小、抗外界电磁干扰、承受振动冲击能力强,是桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要测量工具。
在安装检测过程中,首先深入分析了深水管节对接问题,最后采用监测管节运动姿态的方法来保障管节的顺利对接,在管节的前后端分别设有测试点,并在关键的前端设有多个备份传感器,来保证监测信号的准确可靠。据了解,在沉管的对接过程中运用到了国内最先进的MEMS陀螺仪和倾角传感器,才使得世界上最长的海底沉管隧道顺利贯通。
陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置,陀螺仪分为压电陀螺仪、微机械陀螺仪、光纤陀螺仪和激光陀螺仪,它们都是电子式的,并且它们可以和加速度计,磁阻芯片,GPS,做成惯性导航控制系统。
拱北隧道是港珠澳大桥珠海连接线的关键控制性工程,建设断面曲线管幕隧道遇到了很大的施工难度。因为在进行大桥贯通时,如何实现对港珠澳大桥连接线的控制和对接成为了当时的“特级难题”。据了解,受地理地形所限,拱北隧道采用的是曲线管幕施工技术,隧道断面超大、覆土超浅,地质条件复杂,施工难度很高。
工程技术人员采用了高精度陀螺仪技术来实现曲直线的精准对接,保证了工程顺利进行和隧道的安全贯通。
港珠澳大桥位于台风多发的伶仃洋海域,每年都会遇到多种台风,在台风天气,桥梁的安全监测至关重要。在进行珠港澳大桥的设计时,除了采用更好的设备保证桥梁的抗压和正常运转,强大的传感检测器也成为了必不可少的黑科技产品。珠港澳大桥上有很多的液压测力传感器、力矩传感器、重力传感器等,它们将最新的数据发送到监测系统,实现对桥梁健康状况的精准判断。
与此同时在港珠澳大桥上还设置了各式各样的传感器,用它们对隧道内的风速、温度、湿度、压力、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。港珠澳大桥运用到了数以千计的传感器,它们一起构成了港珠澳大桥的高精密感知系统,保证大桥120年的安全使用寿命,保证港珠澳大桥舒适、安全、畅通的行车环境。
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