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厉害了!关于港珠澳大桥背后的“科技密码”

日期: 2018-10-25
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2018年10月23日,备受瞩目的港珠澳大桥正式开通,这座世界上最长的跨海大桥注定成为全球关注的焦点。港珠澳大桥是将香港、珠海和澳门三地紧密的连接在一起的桥梁,总长约55公里,是粤港澳三地首次合作共建的超大型跨海交通工程。筹备6年,自2009年开始建设,历经9年,港珠澳大桥历时足足15年,它的建成少不了先进科技在背后支撑着,其中先进的传感器技术是实现和保证港珠澳大桥正常运转和安全的基础之一。下面必优传感和大家聊聊关于港珠澳大桥背后的传感器技术。

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中文国际频道报道港珠澳大桥的正式开通页面

一、高精度倾角传感器

作用:实时监测

倾角传感器又叫倾斜仪、测斜仪、水平仪、倾角计,经常用于系统的水平角度变化测量,水平仪从过去简单的水泡水平仪到现在的电子水平仪是自动化和电子测量技术发展的结果。作为一种检测工具,它已成为桥梁架设、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。电子水平仪是一种非常精确的测量小角度的检测工具,用它可测量被测平面相对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度。

据了解,由于港珠澳大桥需要很多又长又重的巨大混凝土沉管,然后把它们运输到施工海域,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。由于海水很深导致了沉管运动的超低频,如果传感器没有极高的灵敏度不可能测到。

最后,国内某家传感器技术企业深入分析了深水管节对接问题,决定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支备份传感器,保证测试信号的准确可靠,监测深水长周期管节运动姿态属于超低频微小幅值振动。据悉,这是国内最先进的微机械陀螺和高精度倾角传感器。

二、高精度陀螺仪

作用:实现曲直线的精准对接

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。

在港珠澳大桥的建设过程中,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,因为隧道有一段不是直的,超大曲线管幕施工难度很高。

最后采用了陀螺仪技术实施曲直线的精准对接,这是港珠澳大桥珠海连接线的关键控制性工程。

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地图上的珠港澳大桥

三、激光传感器

作用:测量和定位沉管

激光传感器利用激光技术进行测量的传感器,它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表,它的优点是能实现无接触远距离测量,速度快,精度高,量程大,抗光、电干扰能力强等。由于港珠澳大桥采用了很多的海底沉管,在对它们进行位置测量时,普通的传感器无法实现。

由激光传感器组成的三维可视化测量系统可对隧道的开挖断面测量、船舶抛锚定位和多波束测量显示水下三维地形图等进行测量定位,这项技术在全球处于领先地位。

四、监测传感器(位移传感器、液压测力传感器等)

作用:监测桥梁的健康状况

由于珠海澳门和香港靠近沿海地区,每年都会遇到各式各样的台风,在遇到大风时,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。据悉,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。

几千种传感器构成港珠澳大桥的高精密感知系统

除了上述列举的四大技术难度颇高的传感器,在港珠澳大桥上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,据粗略统计,港珠澳大桥至少用到了千种相关的传感器,气体传感器、温湿度传感器、压力传感器、激光传感器等是必不可少的,它们一起构成了港珠澳大桥的高精密感知系统。


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