在桥梁、大坝等大型基础设施的健康监测系统中,测力传感器的长期稳定性直接关系到整个工程的安全与经济性。这类传感器往往需要连续工作10年以上,期间允许的误差变化不超过满量程的1%。例如悬索桥的主缆索力监测,传感器必须在-30°C至80°C的温度波动中保持20年以上的稳定输出。
当前主流方案包含两种技术路线。光纤光栅传感器通过测量光波波长变化来感知应力,完全无电子元件,理论寿命可达25年,且不受电磁干扰影响。但单点造价超过500美元,在需要密集布设的斜拉桥中成本过高。另一种电阻应变式传感器采用惠斯通电桥原理,成本可控制在200美元以内,但需要每两年进行一次现场校准,且潮湿环境易导致电阻漂移。
以某跨海大桥项目为例,全桥需布置500个测力点。若选用光纤方案,初期投入约25万美元,但后续20年几乎无需维护;若采用应变式传感器,初期成本仅10万美元,但每年维护费用约2万美元(包含人工、校准设备损耗等)。全生命周期成本计算显示,15年后两种方案总成本将趋于持平。因此,设计方需要综合评估结构重要性、维护资源、资金现值等因素,在安全与经济效益间找到平衡点。
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