連通液位式撓度自動(dòng)觀測系統(tǒng)

1、連通液位式撓度自動(dòng)觀測系統(tǒng)歡迎使用長沙金碼高科技實(shí)業(yè)有限公司的產(chǎn)品！您擁有金碼傳感器及其檢測設(shè)備的同時(shí)就標(biāo)志著您掌握了最先進(jìn)的工程檢測手段和享有本公司的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，使用本產(chǎn)品之前請?jiān)敿?xì)閱讀本說明書或來電垂詢，謝謝！一、 概述橋梁主要截面的撓度是評價(jià)橋梁質(zhì)量及運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)之一，因此，無論是荷載試驗(yàn)還是健康狀態(tài)監(jiān)測，橋梁主要截面的撓度均是必須檢測的內(nèi)容。撓度測量目前有如下幾種方法：百分表 精密水準(zhǔn)儀 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng) 連通液位計(jì)。百分表測撓度是使用剛性連接桿，連接橋梁待測點(diǎn)與橋底的不動(dòng)巖層，在測桿中間串入百分表，從而達(dá)到測量橋梁撓度的目的。這種方式必須在橋下搭設(shè)固定支架，且只適合干涸河流或者

2、水較淺的河流上的橋梁。精密水準(zhǔn)儀測量撓度的方式是將水準(zhǔn)儀安置在橋的參考點(diǎn)上（如橋墩或橋頭）上，然后將水準(zhǔn)塔尺安置在橋的待測點(diǎn)，通過光的直線原理測試橋的撓度。該方法簡單方便、精度較高，是橋梁荷載試驗(yàn)中使用最為普遍的方法，但該方法只能人工測量，測量速度較慢，人為和環(huán)境因素影響大，且無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量，不適合在要求長期高可靠性的健康監(jiān)測系統(tǒng)中使用。GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用衛(wèi)星定位待測點(diǎn)，直接讀出測點(diǎn)的坐標(biāo)，該方法測量精度低，只能滿足某些撓度變化很大的橋型（如特大型懸索橋等）的監(jiān)測精度要求，而且成本較高。連通液位式撓度測量方法，通過測量液體水平面位置的變化而測量橋梁的撓度，本文就是介紹該方法的原理。二、

3、 測量原理及計(jì)算方法靜力水準(zhǔn)（即連通液位計(jì)）方式測試橋梁撓度的基本原理，就是利用液體在連通的管道中，會(huì)由于重力的作用下，在不同的位置的液面高度會(huì)相同。對于最小的靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)至少需要兩個(gè)靜力水準(zhǔn)儀，一個(gè)布置在參考點(diǎn)（即不會(huì)有撓度變化的點(diǎn)，通常是橋墩或橋頭），另一個(gè)布置在待測點(diǎn)。兩個(gè)靜力水準(zhǔn)儀通過液管連接在一起，并加入適當(dāng)?shù)囊后w使得液面高度處于量程的中間位置。這樣當(dāng)待測點(diǎn)發(fā)生撓度時(shí)，兩個(gè)靜力水準(zhǔn)的液面相對于其筒體的位置就會(huì)變化，測試這種變化就可計(jì)算出待測點(diǎn)相對于參考點(diǎn)的位移，從而達(dá)到測試橋梁撓度的目的。圖1，兩個(gè)靜力水準(zhǔn)撓度測試示意圖如圖1所示，表明了兩個(gè)靜力水準(zhǔn)的測試過程。假定左側(cè)的靜力水準(zhǔn)布置

4、在參考點(diǎn)，右側(cè)的布置在待測點(diǎn)。從左到右描繪了當(dāng)待測點(diǎn)發(fā)生撓度變化時(shí)，液面的變化情況。同時(shí)從圖中也可看出該怎樣計(jì)算撓度的值，即首先要讀取兩個(gè)靜力水準(zhǔn)儀的初讀數(shù)x1和x2，當(dāng)發(fā)生撓度變化時(shí)再讀取x1和x2，這樣撓度h=2*x1x1=2*x2x2 同理可以推導(dǎo)出當(dāng)多個(gè)靜力水準(zhǔn)串接到一起時(shí)的計(jì)算方式，及如下示例。圖2、多個(gè)靜力水準(zhǔn)式撓度測量系統(tǒng)原理如圖2所示，在平衡狀態(tài)，每個(gè)靜力水準(zhǔn)計(jì)的液面必然處于同一水平面上，但當(dāng)其中一點(diǎn)或幾點(diǎn)（但基準(zhǔn)點(diǎn)不能動(dòng)）產(chǎn)生相對豎向位移時(shí)，在液體壓差的作用下，靜力水準(zhǔn)計(jì)的液面必然在新的水平面上達(dá)到平衡，從而導(dǎo)致某些液位計(jì)的液面或液體深度發(fā)生改變，通過測量某個(gè)點(diǎn)的液體深度及基

5、準(zhǔn)點(diǎn)的液體深度就可計(jì)算出相應(yīng)點(diǎn)的撓度。圖2中：1#點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，撓度不發(fā)生改變或改變非常?。ㄈ绨渡匣驑蚨丈希?。 2#、3#、4#為待測點(diǎn)。在初始狀態(tài)測得1#4#點(diǎn)的液體深度為x1 ， x2 ， x3 ， x4則2#4#點(diǎn)相對于1#點(diǎn)的液體深度之差為y2 ， y3 ， y4 其中 yi = xi - x1 i=2，3，4 當(dāng)橋梁受力狀態(tài)改變且靜力水準(zhǔn)計(jì)的液面達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，測得1#4#點(diǎn)的液體深度為x1 ， x2 ， x3， x4則2#4#點(diǎn)相對于1#點(diǎn)的液體深度之差為 y2 ， y3 ， y4其中 yi = xi - x1 i=2，3，4那么2#4#點(diǎn)的撓度為 li = yi - yi i=2，

6、3，4靜力水準(zhǔn)的測量撓度方式要求液面處于同一水平位置，也就是要求靜力水準(zhǔn)儀要安裝在同一水平位置。這個(gè)要求對于坡度較大或橋比較長的情況下，是不能實(shí)現(xiàn)的。這樣就要求采取轉(zhuǎn)點(diǎn)的方式，實(shí)現(xiàn)對全橋的撓度測試。轉(zhuǎn)點(diǎn)實(shí)際上就是設(shè)置多條水平線，在線的端點(diǎn)重疊，使得測量的數(shù)據(jù)可以靠重疊點(diǎn)傳遞。例如某橋梁布置如圖3，由于高程要求設(shè)置為三段，其中左右為橋的兩側(cè)，中間為拱頂，由編號(hào)左部分表示為斷面1、27，編號(hào)右部分表示該斷面布置的傳感器代碼。最左邊（1-1）設(shè)置在橋墩上可視為不動(dòng)參考點(diǎn)，其余均布置在橋梁上以測量該點(diǎn)相對于參考點(diǎn)的位移。圖3：轉(zhuǎn)點(diǎn)的靜力水準(zhǔn)測試示意圖截面1234567初讀值mm425939534255

7、534753測量值mm47.6750.6741.6758425048.6750.6753.67測量差值mm5.67-8.332.6750-5-4.333.670.67撓度mm0-5-10-24-13-5-8三、 液面觀測方案由上可知，通過測量靜力水準(zhǔn)儀中液面相對于其筒體的位置變化，可以測量并計(jì)算出橋梁撓度。液面變化的測量方法有很多種?？煞譃闄C(jī)械式和電測式兩大類，其中機(jī)械式的，如直尺人工測讀是最簡單的方法，但該類方法精度較差，而且不能作自動(dòng)化的測量?，F(xiàn)在通行的是電測法，本公司使用的是電感調(diào)頻式智能數(shù)碼位移傳感器來測試液面變化。電感調(diào)頻式智能數(shù)碼位移傳感器的工作原理是：當(dāng)磁性導(dǎo)桿在線圈中移動(dòng)時(shí)，改

8、變了磁路磁阻和線圈電感L，從而改變了L-C振蕩電路的諧振頻率。導(dǎo)桿外移磁阻增加，電感減少，頻率上升，反之則頻率下降。一般情況下，頻率與導(dǎo)桿移動(dòng)量不是線性關(guān)系，因此每只傳感器在出廠時(shí)均需作多點(diǎn)折線標(biāo)定，在使用中再根據(jù)標(biāo)定曲線計(jì)算位移。該項(xiàng)工作如果由手工完成則檢測速度很慢。因此本公司電感調(diào)頻式智能數(shù)碼位移計(jì)內(nèi)置存貯器及單片機(jī)，標(biāo)定曲線及計(jì)算方法均保存在傳感器內(nèi)，通過RS485總線，直接輸出位移量。用戶使用簡單、方便，由于使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，使得傳輸距離長，并提高了測量精度和抗干擾性能，總線型結(jié)構(gòu)對測點(diǎn)較多的系統(tǒng)布線比分布式系統(tǒng)的布線也要簡單得多。品名型 號(hào)量 程靈敏度外形尺寸mm備注直徑高安裝螺

9、紋智能數(shù)碼靜力水準(zhǔn)儀JMDL-6210A/HAT100mm0.01mm1302103-M10485總線輸出直流12V供電JMDL-6220A/HAT200mm0.10mm1703203-M10四、 自動(dòng)測試方案靜力水準(zhǔn)儀可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測試。配合我公司的總線采集模塊和安裝采集模塊的密封箱，即可組成最小的自動(dòng)化測試系統(tǒng)?？偩€采集模塊可按用戶的設(shè)定要求自動(dòng)采集靜力水準(zhǔn)儀的測試數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存在采集模塊內(nèi)電子硬盤中，用戶可隨時(shí)下載測試數(shù)據(jù)，也可進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。另可根據(jù)項(xiàng)目情況、測試地點(diǎn)的環(huán)境等要求，可增設(shè)如防雷模塊、無線采集模塊等，以提高系統(tǒng)抗干擾的能力，數(shù)據(jù)采集的方便程度?？偩€采集模塊采用RS485數(shù)據(jù)控制

10、標(biāo)準(zhǔn)，其控制距離最大可達(dá)1.2公里，數(shù)量可達(dá)32個(gè)測點(diǎn)，完全能滿足橋梁的撓度測試要求。通常整個(gè)系統(tǒng)為靜力水準(zhǔn)若干個(gè)，布置在橋梁的跨中、二分點(diǎn)、四分點(diǎn)、橋墩等，有時(shí)還考慮上下游的對稱布置；總線采集模塊1到2個(gè)，安置在靜力水準(zhǔn)的中間位置，使得總線采集模塊到各個(gè)靜力水準(zhǔn)儀的距離為最小，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；?shù)據(jù)的下載和保存方式有計(jì)算機(jī)直接通過電纜、光纖等有線的方式控制總線采集模塊，也可使用無線載波的無線模塊實(shí)現(xiàn)3-5公里范圍的無線控制，還可利用手機(jī)的無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)只要有手機(jī)信號(hào)覆蓋的地區(qū)全范圍的控制?？偩€采集模塊的一側(cè)有接線端子、指示燈、自檢按鈕。模塊上電或按下自檢鈕時(shí)，指示燈會(huì)亮3秒鐘后熄滅。接線

11、端子共有8個(gè)接線口，從左至右分別為電源輸入“+”，電源輸入“”；電源輸出“+”，電源輸出“”，輸出到靜力水準(zhǔn)儀的電源（即紅線接正極，黃線接負(fù)極）；信號(hào)輸入“A+”，信號(hào)輸入“B”，通過RS485轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)接器連接到電腦；信號(hào)輸出“A+”，信號(hào)輸出“B”，輸出到靜力水準(zhǔn)儀的信號(hào)（即藍(lán)線接A+，綠線接B）。五、 安裝與調(diào)試具體的安裝調(diào)試是緊密結(jié)合現(xiàn)場具體情況的，在這里只能談到一些基本的原則，對于很多現(xiàn)場的具體問題只能依靠經(jīng)驗(yàn)來解決，本公司已在多種現(xiàn)場進(jìn)行過安裝調(diào)試，有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，能協(xié)同用戶順利完成安裝調(diào)試工作。首先確定安裝的環(huán)境，例如是在橋的箱梁中或直接在橋面安裝系統(tǒng)，對于箱梁中考慮防護(hù)、美

12、觀等因素就可相對少些，而橋面安裝就必須考慮這類情況。施工器材的準(zhǔn)備，通常是一些常用的工具和耗件，如沖擊鉆、砂輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、膨脹拴等，有時(shí)也會(huì)用到一些特別的設(shè)備，例如鋼筋探測器，可以用來探測水泥壁下的鋼筋位置，以避免沖擊鉆打到鋼筋上。施工過程開始是確認(rèn)測點(diǎn)的標(biāo)高，使得靜力水準(zhǔn)的位置大致在一個(gè)水平面上，建議標(biāo)高的測定從橋的最高點(diǎn)開始向兩側(cè)推算；然后在指定位置上安裝靜力水準(zhǔn)的安裝平臺(tái)，平臺(tái)結(jié)構(gòu)和大小類似于室外空調(diào)的支架；接下來安裝靜力水準(zhǔn)儀，并使用水平尺調(diào)整至水平位置；最后就是加靜力水準(zhǔn)液，通過添加或減少液體，和調(diào)節(jié)靜力水準(zhǔn)的高低，使得所有靜力水準(zhǔn)儀的讀值大致處于量程的中間位置。總線采集模塊上的電源、信號(hào)輸出與所有靜力水準(zhǔn)的電源、信號(hào)相連，采集模塊的信號(hào)輸入與計(jì)算機(jī)相連，這樣就可以調(diào)試自動(dòng)化測試系統(tǒng)了。六、 注意事項(xiàng)用靜力水準(zhǔn)式電感調(diào)頻式智能數(shù)碼位移傳感器做橋梁主要截面的擾度自動(dòng)化觀測，具有系統(tǒng)組成簡單方便，測量精度高，抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)已在多座大型橋梁及水壩工程中使用，取得了非常滿意的效果，但靜力水準(zhǔn)計(jì)測量撓度時(shí)，液面的平衡靠液體的壓差自動(dòng)完成，由于連通管內(nèi)流體阻力的影響，液面由不平衡狀態(tài)至平衡狀態(tài)需要一定的穩(wěn)定時(shí)間，因此該方法并不適宜作動(dòng)態(tài)測量，只能在撓度變化較慢