连通液位式挠度自动观测系统

1、连通液位式挠度自动观测系统欢迎使用长沙金码高科技实业有限公司的产品！您拥有金码传感器及其检测设备的同时就标志着您掌握了最先进的工程检测手段和享有本公司的优质服务，使用本产品之前请详细阅读本说明书或来电垂询，谢谢！一、 概述桥梁主要截面的挠度是评价桥梁质量及运行状态的重要指标之一，因此，无论是荷载试验还是健康状态监测，桥梁主要截面的挠度均是必须检测的内容。挠度测量目前有如下几种方法：百分表 精密水准仪 GPS卫星定位系统 连通液位计。百分表测挠度是使用刚性连接杆，连接桥梁待测点与桥底的不动岩层，在测杆中间串入百分表，从而达到测量桥梁挠度的目的。这种方式必须在桥下搭设固定支架，且只适合干涸河流或者

2、水较浅的河流上的桥梁。精密水准仪测量挠度的方式是将水准仪安置在桥的参考点上（如桥墩或桥头）上，然后将水准塔尺安置在桥的待测点，通过光的直线原理测试桥的挠度。该方法简单方便、精度较高，是桥梁荷载试验中使用最为普遍的方法，但该方法只能人工测量，测量速度较慢，人为和环境因素影响大，且无法实现自动测量，不适合在要求长期高可靠性的健康监测系统中使用。GPS卫星定位系统是利用卫星定位待测点，直接读出测点的坐标，该方法测量精度低，只能满足某些挠度变化很大的桥型（如特大型悬索桥等）的监测精度要求，而且成本较高。连通液位式挠度测量方法，通过测量液体水平面位置的变化而测量桥梁的挠度，本文就是介绍该方法的原理。二、

3、 测量原理及计算方法静力水准（即连通液位计）方式测试桥梁挠度的基本原理，就是利用液体在连通的管道中，会由于重力的作用下，在不同的位置的液面高度会相同。对于最小的静力水准系统至少需要两个静力水准仪，一个布置在参考点（即不会有挠度变化的点，通常是桥墩或桥头），另一个布置在待测点。两个静力水准仪通过液管连接在一起，并加入适当的液体使得液面高度处于量程的中间位置。这样当待测点发生挠度时，两个静力水准的液面相对于其筒体的位置就会变化，测试这种变化就可计算出待测点相对于参考点的位移，从而达到测试桥梁挠度的目的。图1，两个静力水准挠度测试示意图如图1所示，表明了两个静力水准的测试过程。假定左侧的静力水准布置

4、在参考点，右侧的布置在待测点。从左到右描绘了当待测点发生挠度变化时，液面的变化情况。同时从图中也可看出该怎样计算挠度的值，即首先要读取两个静力水准仪的初读数x1和x2，当发生挠度变化时再读取x1和x2，这样挠度h=2*x1x1=2*x2x2 同理可以推导出当多个静力水准串接到一起时的计算方式，及如下示例。图2、多个静力水准式挠度测量系统原理如图2所示，在平衡状态，每个静力水准计的液面必然处于同一水平面上，但当其中一点或几点（但基准点不能动）产生相对竖向位移时，在液体压差的作用下，静力水准计的液面必然在新的水平面上达到平衡，从而导致某些液位计的液面或液体深度发生改变，通过测量某个点的液体深度及基

5、准点的液体深度就可计算出相应点的挠度。图2中：1#点为基准点，挠度不发生改变或改变非常小（如岸上或桥墩上）。 2#、3#、4#为待测点。在初始状态测得1#4#点的液体深度为x1 ， x2 ， x3 ， x4则2#4#点相对于1#点的液体深度之差为y2 ， y3 ， y4 其中 yi = xi - x1 i=2，3，4 当桥梁受力状态改变且静力水准计的液面达到稳定状态后，测得1#4#点的液体深度为x1 ， x2 ， x3， x4则2#4#点相对于1#点的液体深度之差为 y2 ， y3 ， y4其中 yi = xi - x1 i=2，3，4那么2#4#点的挠度为 li = yi - yi i=2，

6、3，4静力水准的测量挠度方式要求液面处于同一水平位置，也就是要求静力水准仪要安装在同一水平位置。这个要求对于坡度较大或桥比较长的情况下，是不能实现的。这样就要求采取转点的方式，实现对全桥的挠度测试。转点实际上就是设置多条水平线，在线的端点重叠，使得测量的数据可以靠重叠点传递。例如某桥梁布置如图3，由于高程要求设置为三段，其中左右为桥的两侧，中间为拱顶，由编号左部分表示为断面1、27，编号右部分表示该断面布置的传感器代码。最左边（1-1）设置在桥墩上可视为不动参考点，其余均布置在桥梁上以测量该点相对于参考点的位移。图3：转点的静力水准测试示意图截面1234567初读值mm425939534255

7、534753测量值mm47.6750.6741.6758425048.6750.6753.67测量差值mm5.67-8.332.6750-5-4.333.670.67挠度mm0-5-10-24-13-5-8三、 液面观测方案由上可知，通过测量静力水准仪中液面相对于其筒体的位置变化，可以测量并计算出桥梁挠度。液面变化的测量方法有很多种。可分为机械式和电测式两大类，其中机械式的，如直尺人工测读是最简单的方法，但该类方法精度较差，而且不能作自动化的测量。现在通行的是电测法，本公司使用的是电感调频式智能数码位移传感器来测试液面变化。电感调频式智能数码位移传感器的工作原理是：当磁性导杆在线圈中移动时，改

8、变了磁路磁阻和线圈电感L，从而改变了L-C振荡电路的谐振频率。导杆外移磁阻增加，电感减少，频率上升，反之则频率下降。一般情况下，频率与导杆移动量不是线性关系，因此每只传感器在出厂时均需作多点折线标定，在使用中再根据标定曲线计算位移。该项工作如果由手工完成则检测速度很慢。因此本公司电感调频式智能数码位移计内置存贮器及单片机，标定曲线及计算方法均保存在传感器内，通过RS485总线，直接输出位移量。用户使用简单、方便，由于使用标准信号传输数据，使得传输距离长，并提高了测量精度和抗干扰性能，总线型结构对测点较多的系统布线比分布式系统的布线也要简单得多。品名型 号量 程灵敏度外形尺寸mm备注直径高安装螺

9、纹智能数码静力水准仪JMDL-6210A/HAT100mm0.01mm1302103-M10485总线输出直流12V供电JMDL-6220A/HAT200mm0.10mm1703203-M10四、 自动测试方案静力水准仪可实现自动化测试。配合我公司的总线采集模块和安装采集模块的密封箱，即可组成最小的自动化测试系统。总线采集模块可按用户的设定要求自动采集静力水准仪的测试数据，并储存在采集模块内电子硬盘中，用户可随时下载测试数据，也可进行实时测量。另可根据项目情况、测试地点的环境等要求，可增设如防雷模块、无线采集模块等，以提高系统抗干扰的能力，数据采集的方便程度。总线采集模块采用RS485数据控制

10、标准，其控制距离最大可达1.2公里，数量可达32个测点，完全能满足桥梁的挠度测试要求。通常整个系统为静力水准若干个，布置在桥梁的跨中、二分点、四分点、桥墩等，有时还考虑上下游的对称布置；总线采集模块1到2个，安置在静力水准的中间位置，使得总线采集模块到各个静力水准仪的距离为最小，以保证数据传输的可靠性；数据的下载和保存方式有计算机直接通过电缆、光纤等有线的方式控制总线采集模块，也可使用无线载波的无线模块实现3-5公里范围的无线控制，还可利用手机的无线网络实现只要有手机信号覆盖的地区全范围的控制。总线采集模块的一侧有接线端子、指示灯、自检按钮。模块上电或按下自检钮时，指示灯会亮3秒钟后熄灭。接线

11、端子共有8个接线口，从左至右分别为电源输入“+”，电源输入“”；电源输出“+”，电源输出“”，输出到静力水准仪的电源（即红线接正极，黄线接负极）；信号输入“A+”，信号输入“B”，通过RS485转RS232转接器连接到电脑；信号输出“A+”，信号输出“B”，输出到静力水准仪的信号（即蓝线接A+，绿线接B）。五、 安装与调试具体的安装调试是紧密结合现场具体情况的，在这里只能谈到一些基本的原则，对于很多现场的具体问题只能依靠经验来解决，本公司已在多种现场进行过安装调试，有着丰富的经验，能协同用户顺利完成安装调试工作。首先确定安装的环境，例如是在桥的箱梁中或直接在桥面安装系统，对于箱梁中考虑防护、美

12、观等因素就可相对少些，而桥面安装就必须考虑这类情况。施工器材的准备，通常是一些常用的工具和耗件，如冲击钻、砂轮机、发电机、膨胀拴等，有时也会用到一些特别的设备，例如钢筋探测器，可以用来探测水泥壁下的钢筋位置，以避免冲击钻打到钢筋上。施工过程开始是确认测点的标高，使得静力水准的位置大致在一个水平面上，建议标高的测定从桥的最高点开始向两侧推算；然后在指定位置上安装静力水准的安装平台，平台结构和大小类似于室外空调的支架；接下来安装静力水准仪，并使用水平尺调整至水平位置；最后就是加静力水准液，通过添加或减少液体，和调节静力水准的高低，使得所有静力水准仪的读值大致处于量程的中间位置。总线采集模块上的电源、信号输出与所有静力水准的电源、信号相连，采集模块的信号输入与计算机相连，这样就可以调试自动化测试系统了。六、 注意事项用静力水准式电感调频式智能数码位移传感器做桥梁主要截面的扰度自动化观测，具有系统组成简单方便，测量精度高，抗干扰性能强等优点。该系统已在多座大型桥梁及水坝工程中使用，取得了非常满意的效果，但静力水准计测量挠度时，液面的平衡靠液体的压差自动完成，由于连通管内流体阻力的影响，液面由不平衡状态至平衡状态需要一定的稳定时间，因此该方法并不适宜作动态测量，只能在挠度变化较慢