連通液位式撓度自動觀測系統(tǒng)

1、連通液位式撓度自動觀測系統(tǒng)歡迎使用長沙金碼高科技實業(yè)有限公司的產(chǎn)品！您擁有金碼傳感器及其檢測設(shè)備的同時就標志著您掌握了最先進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)品之前請詳細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橋梁質(zhì)量及運行狀態(tài)的重要指標之一，因此，無論是荷載試驗還是健康狀態(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 精密水準儀 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng) 連通液位計。百分表測撓度是使用剛性連接桿，連接橋梁待測點與橋底的不動巖層，在測桿中間串入百分表，從而達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。精密水準儀測量撓度的方式是將水準儀安置在橋的參考點上（如橋墩或橋頭）上，然后將水準塔尺安置在橋的待測點，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，且無法實現(xiàn)自動測量，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，直接讀出測點的坐標，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、 測量原理及計算方法靜力水準（即連通液位計）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，會由于重力的作用下，在不同的位置的液面高度會相同。對于最小的靜力水準系統(tǒng)至少需要兩個靜力水準儀，一個布置在參考點（即不會有撓度變化的點，通常是橋墩或橋頭），另一個布置在待測點。兩個靜力水準儀通過液管連接在一起，并加入適當?shù)囊后w使得液面高度處于量程的中間位置。這樣當待測點發(fā)生撓度時，兩個靜力水準的液面相對于其筒體的位置就會變化，測試這種變化就可計算出待測點相對于參考點的位移，從而達到測試橋梁撓度的目的。圖1，兩個靜力水準撓度測試示意圖如圖1所示，表明了兩個靜力水準的測試過程。假定左側(cè)的靜力水準布置

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

5、準點的液體深度就可計算出相應(yīng)點的撓度。圖2中：1#點為基準點，撓度不發(fā)生改變或改變非常小（如岸上或橋墩上）。 2#、3#、4#為待測點。在初始狀態(tài)測得1#4#點的液體深度為x1 ， x2 ， x3 ， x4則2#4#點相對于1#點的液體深度之差為y2 ， y3 ， y4 其中 yi = xi - x1 i=2，3，4 當橋梁受力狀態(tài)改變且靜力水準計的液面達到穩(wěn)定狀態(tài)后，測得1#4#點的液體深度為x1 ， x2 ， x3， x4則2#4#點相對于1#點的液體深度之差為 y2 ， y3 ， y4其中 yi = xi - x1 i=2，3，4那么2#4#點的撓度為 li = yi - yi i=2，

6、3，4靜力水準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儀要安裝在同一水平位置。這個要求對于坡度較大或橋比較長的情況下，是不能實現(xiàn)的。這樣就要求采取轉(zhuǎn)點的方式，實現(xiàn)對全橋的撓度測試。轉(zhuǎn)點實際上就是設(shè)置多條水平線，在線的端點重疊，使得測量的數(shù)據(jù)可以靠重疊點傳遞。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，由編號左部分表示為斷面1、27，編號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參考點，其余均布置在橋梁上以測量該點相對于參考點的位移。圖3：轉(zhuǎn)點的靜力水準測試示意圖截面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，通過測量靜力水準儀中液面相對于其筒體的位置變化，可以測量并計算出橋梁撓度。液面變化的測量方法有很多種。可分為機械式和電測式兩大類，其中機械式的，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：當磁性導桿在線圈中移動時，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，頻率與導桿移動量不是線性關(guān)系，因此每只傳感器在出廠時均需作多點折線標定，在使用中再根據(jù)標定曲線計算位移。該項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)碼位移計內(nèi)置存貯器及單片機，標定曲線及計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，由于使用標準信號傳輸數(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)碼靜力水準儀JMDL-6210A/HAT100mm0.01mm1302103-M10485總線輸出直流12V供電JMDL-6220A/HAT200mm0.10mm1703203-M10四、 自動測試方案靜力水準儀可實現(xiàn)自動化測試。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化測試系統(tǒng)?？偩€采集模塊可按用戶的設(shè)定要求自動采集靜力水準儀的測試數(shù)據(jù)，并儲存在采集模塊內(nèi)電子硬盤中，用戶可隨時下載測試數(shù)據(jù)，也可進行實時測量。另可根據(jù)項目情況、測試地點的環(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、標準，其控制距離最大可達1.2公里，數(shù)量可達32個測點，完全能滿足橋梁的撓度測試要求。通常整個系統(tǒng)為靜力水準若干個，布置在橋梁的跨中、二分點、四分點、橋墩等，有時還考慮上下游的對稱布置；總線采集模塊1到2個，安置在靜力水準的中間位置，使得總線采集模塊到各個靜力水準儀的距離為最小，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算機直接通過電纜、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現(xiàn)3-5公里范圍的無線控制，還可利用手機的無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)只要有手機信號覆蓋的地區(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，指示燈會亮3秒鐘后熄滅。接線

11、端子共有8個接線口，從左至右分別為電源輸入“+”，電源輸入“”；電源輸出“+”，電源輸出“”，輸出到靜力水準儀的電源（即紅線接正極，黃線接負極）；信號輸入“A+”，信號輸入“B”，通過RS485轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)接器連接到電腦；信號輸出“A+”，信號輸出“B”，輸出到靜力水準儀的信號（即藍線接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)驗來解決，本公司已在多種現(xiàn)場進行過安裝調(diào)試，有著豐富的經(jīng)驗，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、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。施工器材的準備，通常是一些常用的工具和耗件，如沖擊鉆、砂輪機、發(fā)電機、膨脹拴等，有時也會用到一些特別的設(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測點的標高，使得靜力水準的位置大致在一個水平面上，建議標高的測定從橋的最高點開始向兩側(cè)推算；然后在指定位置上安裝靜力水準的安裝平臺，平臺結(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儀，并使用水平尺調(diào)整至水平位置；最后就是加靜力水準液，通過添加或減少液體，和調(diào)節(jié)靜力水準的高低，使得所有靜力水準儀的讀值大致處于量程的中間位置?？偩€采集模塊上的電源、信號輸出與所有靜力水準的電源、信號相連，采集模塊的信號輸入與計算機相連，這樣就可以調(diào)試自動化測試系統(tǒng)了。六、 注意事項用靜力水準式電感調(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，抗干擾性能強等優(yōu)點。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，但靜力水準計測量撓度時，液面的平衡靠液體的壓差自動完成，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)定時間，因此該方法并不適宜作動態(tài)測量，只能在撓度變化較慢