一、引言：传感器——桥梁健康监测的“感知神经”

桥梁作为交通基础设施的核心枢纽，其健康状态直接关系到交通通行安全与社会经济运行。在长期服役过程中，桥梁需承受车辆荷载、环境侵蚀、材料老化等多重考验，潜在的结构损伤若未能及时察觉，可能引发严重安全事故。作为桥梁健康监测系统的“感知神经”，传感器设备是实现数据精准采集、为结构安全评估提供可靠依据的核心支撑。本文将结合桥梁健康监测的关键场景，系统解析各类核心传感器的技术特性、应用逻辑及实践价值，为监测系统建设提供技术参考。

二、桥梁健康监测核心场景与传感器应用体系

桥梁健康监测的核心需求是通过对结构状态、荷载作用、环境影响等关键参数的实时捕捉，实现对桥梁健康状况的动态评估与风险预警。不同监测场景对传感器的精度、稳定性、环境适应性等指标有着差异化要求，以下将针对各核心监测内容，详解适配的传感器设备选型逻辑及技术实现方案。

2.1 结构参数监测：精准捕捉结构变形与振动的核心设备

结构参数是反映桥梁整体稳定性的关键指标，主要包括位移、沉降、倾斜、加速度、振幅等，对应的传感器设备需具备高精度、高响应速度及长期稳定性，确保捕捉结构细微变化。

位移与沉降监测方面，全站仪是经典且可靠的设备选择，其通过发射与接收电磁波实现对目标点三维坐标的精准测量，测量精度可达毫米级，能有效捕捉桥梁在车辆荷载、风力作用下的瞬时位移及长期沉降变化。针对大跨度桥梁或复杂工况，激光位移传感器可实现非接触式测量，避免安装对结构造成的影响，同时具备更快的响应速度，适用于动态位移监测场景。

振动与加速度监测则依赖加速度传感器，其基于压电效应或电容效应，能实时捕捉桥梁在车辆通行、风荷载作用下的振动信号。其中，压电式加速度传感器凭借高灵敏度、宽频率响应范围的优势，广泛应用于桥梁动力特性监测；而MEMS加速度传感器则以小型化、低成本的特点，适用于大规模分布式监测场景，可密集布置于主梁、桥墩等关键部位，全面获取结构振动响应数据。

2.2 荷载参数监测：实时感知外部作用的“压力感知”设备

荷载是导致桥梁结构损伤的直接因素，主要包括车辆荷载、地震荷载等，对应的传感器需具备强抗干扰能力、高动态范围及长期耐久性，能精准匹配不同荷载类型的监测需求，为结构承载能力评估提供直接数据支撑。

车辆荷载监测的核心设备是动态称重传感器，其通过埋设于桥面铺装层内，利用应变片或压电元件感知车辆通行时产生的应力变化，进而计算出车辆总重、轴重等关键参数，测量误差可控制在5%以内。该类传感器需具备极强的抗压耐磨性，能适应日均数千车次的碾压及高低温、潮湿等恶劣环境，保障长期监测精度。针对特殊场景，如重载交通桥梁，还可搭配轴数识别传感器，实现对车辆荷载的精细化分类统计，为桥梁承载能力评估提供更详实的数据支撑。

对于地震多发区域的桥梁，地震仪（地震传感器）是不可或缺的监测设备。其通过感知地震波传播过程中产生的地面振动加速度，记录地震作用下桥梁的动力响应数据，包括振动幅值、频率及持续时间等。高性能地震传感器具备宽动态范围（可覆盖微震至强震场景）和低噪声特性，能在复杂环境中准确捕捉地震信号，为桥梁抗震性能评估及加固设计提供核心数据。

2.3 环境参数监测：适配复杂环境的“环境感知”设备

环境因素是导致桥梁材料老化、结构性能退化及整体稳定性受影响的重要诱因，降雨量、风速风向、地下水等参数的监测需传感器具备宽量程、高稳定性及良好的环境适应性，为桥梁结构安全评估、耐久性分析及灾害风险预警提供关键环境数据支撑。

降雨量监测主要采用雨量传感器，核心分为翻斗式、虹吸式等类型，其中翻斗式雨量传感器因结构简单、测量精准的特点被广泛应用。其通过承接降雨并利用翻斗翻转计数，将降雨量转化为电信号，测量精度可达0.1mm，能实时捕捉降雨强度、累计降雨量等关键数据。对于跨越江河、峡谷的桥梁，降雨量数据可结合水文监测信息，评估暴雨引发的洪水对桥梁基础及下部结构的冲刷风险，为防洪减灾提供数据支撑。

风速风向监测依赖风速风向传感器，该类传感器通过风杯转动测量风速、风向标指向感知风向，根据监测需求可分为机械式与超声波式。机械式风速风向传感器具备抗干扰能力强的优势，测量风速范围通常为0.3-60m/s，风向测量精度±3°，能有效捕捉常态风及强风天气下的风速风向变化；超声波式传感器则以无机械磨损、响应速度快的特点，适用于对监测精度要求更高的大跨度桥梁场景。风速风向数据可直接反映风荷载对桥梁的作用，尤其是对于悬索桥、斜拉桥等柔性结构，能为评估风致振动（如颤振、涡振）风险提供核心参数。

2.4 动力特性与力学性能监测：感知结构受力的“应力感知”设备

桥梁的动力特性与力学性能直接反映结构承载能力及安全储备，应力、应变等核心参数的监测需传感器具备高分辨率、强抗干扰能力及同步响应性，能精准捕捉结构受力状态的动态变化。

应变监测的核心设备是应变片（应变传感器），其基于电阻应变效应，当桥梁结构受力产生变形时，应变片的电阻值随之变化，通过测量电阻变化量即可计算出应变值，进而推导结构应力大小。应变片可分为金属应变片与半导体应变片，金属应变片具备良好的稳定性和耐久性，适用于长期监测；半导体应变片则具有更高的灵敏度，适用于微小应变监测场景。在实际应用中，应变片需粘贴于主梁、桥墩等关键受力部位，确保与结构同步变形，同时搭配信号调理模块，有效抑制环境噪声干扰。

在桥梁动力特性监测中，加速度传感器与应变传感器的协同应用是主流技术方案。加速度传感器负责捕捉桥梁整体振动响应（如频率、振幅），应变传感器精准感知关键部位（如主梁、桥墩、主缆）的受力变形，二者数据融合可全面反演桥梁动力特性与力学性能。这种组合方案具备良好的兼容性与可靠性，通过科学布置传感器节点，能有效覆盖桥梁关键监测区域，尤其适用于复杂电磁环境或恶劣气候条件下的桥梁监测，如跨海大桥、高压线路附近桥梁等场景。

三、传感器在桥梁健康监测中的实践优势与技术保障

桥梁监测场景的复杂性对传感器的可靠性与适用性提出极高要求，行业内已形成从产品研发、选型适配到运维保障的全链条技术体系，确保传感器设备充分匹配监测需求并稳定输出高质量数据。

在产品性能方面，针对桥梁监测的恶劣环境（高温、高湿、强振动、强腐蚀等），专用传感器普遍采用耐候性强的核心材料，如不锈钢外壳、防腐涂层等，同时需通过严苛的环境适应性测试（高低温循环测试、湿热测试、振动冲击测试等），确保在-40℃至80℃温度范围、95%RH高湿度环境下稳定工作。在精度控制方面，通过核心芯片选型优化、校准工艺升级，关键传感器的测量精度已达到行业领先水平，如位移传感器精度±0.01mm、应变传感器分辨率1με，可满足桥梁细微损伤监测需求。

在系统适配方面，主流传感器均支持多种数据传输协议（如RS485、LoRa、5G等），可灵活对接不同品牌的监测平台，实现数据实时上传与远程监控。针对大规模监测场景，分布式传感器网络解决方案已较为成熟，通过传感器节点的模块化设计，可有效降低安装调试成本，提高系统部署效率。例如，在大跨度峡谷桥梁主缆监测项目中，采用的高精度应变传感器与加速度传感器通过特殊封装工艺，成功植入主缆内部，实现对主缆应变、振动的实时监测，助力其实现从传统检修到智能监护的模式转变。

在技术服务方面，专业技术团队会为桥梁监测项目提供从传感器选型、安装指导到后期运维的全流程支持。针对不同类型桥梁（如梁桥、斜拉桥、悬索桥）的结构特点，制定定制化传感器配置方案，避免设备冗余或监测盲区；在设备运行阶段，通过远程诊断系统实时监控传感器工作状态，及时排查故障，确保监测数据的连续性与可靠性。完善的实践优势与技术保障体系，为传感器在桥梁健康监测中的稳定应用提供了有力支撑，也为桥梁结构安全监测的精准化、长效化奠定了坚实基础。

武汉中地恒达科技有限公司(简称中地恒达，英文缩写ZDHD)，是依托中国地质大学(武汉)所属企业在科技创新方面取得的丰硕成果及技术力量组建设立，公司位于武汉市光谷芯中心，主要从事地质灾害监测设备，卫星导航定位系统及设备，工程监测仪器，工程监测软件，自动控制系统及设备的研发、制造、销售及技术服务。公司技术团队硕士及以上学历占比45%(正教授2人，博士2人，硕士6人。

中地恒达产品应用领域包括地质灾害、能源、电力、交通、水利、市政等。目前拥有自主研发硬件产品包括北斗GNSS接收机、导轮式固定测斜仪、双轴倾角计、无线低功耗倾角计、无线倾角加速度计、危岩体崩塌计、无线裂缝监测一体机、地下水位监测一体机、降雨量监测站、数字信号采集仪、振弦信号采集仪、输油气管道应力监测系统、防护网监测系统、高支模监测系统、基坑降水监控系统等。软件产品包括中地恒达监测云、地质灾害监测预警平台、大坝安全监测预警平台、桥梁安全监测预警平台、露天矿山安全监测预警平台、监测APP软件、监测小站(微信小程序)、垂直度检测APP软件等。

中地恒达坚持自主创新，目前已获得(申报)发明专利2项，实用新型专利8项，外观专利7项，软件著作权13项，注册商标5个。2020年通过9001质量管理体系认证，2021年被评为湖北省软件企业，2022年与中国地质大学(武汉)成立产学研合作基地，与西北大学成立联合实验室，2022年12月被评为国家高新技术企业，2023年3月入库国家级科技型中小企业，2024年3月获评湖北省创新型企业。公司通过ISO9001质量管理体系认证，ISO14001环境管理体系认证，IS045001职业健康安全管理体系认证。