振弦式传感器在大坝安全监测中的应用-薛永辉

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1、第4期水利水文自动化NO.42006年12月AutomationinWaterResourcesandHydrologyDec.,2006振弦式传感器在大坝安全监测中的应用薛永辉，陈　宇（水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心，江苏　南京　210012）摘　要：振弦式传感器具有精度高，体积小等优点，广泛用于大坝安全监测。系统介绍了振弦式传感器的原理、优点，以及在渗漏、裂缝、岩性变形、沉降监测等方面的应用，通过具体工程实例介绍，说明了目前振弦式仪器产品的种类几乎可以满足大多数工程的需要。关键词：振弦式仪器；传感器；大坝安全；安全监测；

2、应用研究中图分类号：TV698文献标识码：A文章编号：1672-3279(2006)04-0039-040　前言辨率能达到0.1个微应变或更好。振弦式仪器自20世纪30年代发明以来，以其独特“自动谐振”一般使用2个独立的线圈。一个线的优异特性如结构简单、精度高、抗干扰能力强，以圈作为激励线圈，激励钢弦以其谐振频率振动。另一及对电缆要求低等而一直受到工程界的注目，但此仪个线圈作为感应线圈，用来感应钢弦的振动并反馈到器的长期稳定性一直是争议的话题。直到20世纪70年主动线圈。代，随着现代电子读数仪技术、材料及生产工艺的发一般而言，“拨振”仪器测量

3、电路结构简单，由展，振弦式仪器技术才得以完善，并真正能满足工程于在传感器内的电子部件降低到最低限度，传感器的应用的要求。根据美国垦务局及陆军工程师团在数十可靠性及耐恶劣环境性更好一些；同时传感器的体积座大坝长期使用振弦式仪器的经验，以美国基康公司可以做得很小（而双线圈自动谐振式传感器需要更长(GEOKONINC.)为代表的振弦式仪器专业制造商生的钢弦以便能容纳两个线圈）；此外，仪器只需两芯产的仪器，具有令人满足的长期稳定性。20世纪50年电缆，总体费用也更便宜。“自动谐振”的优点是通代，中国的水利水电工程就应用了这种仪器，但当时过高速计数技术

4、或把频率转换成电压方式在一定范围在工程中埋设的仪器都从国外进口。可进行动态应变测量（通常动态信号输入频率限制在经过国内科技人员几十年的努力，目前不仅研究100Hz内）。由于目前单线圈连续激振技术已经获得解决了振弦式仪器的生产技术问题，而且有了很大发了突破，双线圈“自动谐振”方式应用已很少。展和创新，完全革新了测量技术，发展创新了品种，振弦式仪器通常包括固定在端块或被测元件之间为仪器的广泛应用创造了良好的条件。的钢弦，通过测量张紧钢弦的频率变化来测量钢弦的1　振弦式传感器原理介绍张力／应变等物理量，钢弦的振动频率与弦的张力之从激励和读数技术来区

5、分，振弦式仪器主要有间的关系为：1/2“拨振”和“自动谐振”两种方式。F＝1/（2L）（T/ρ）“拨振”是将一个电磁线圈放在弦的中间且距弦式中：F─弦的自振频率；L─弦的长度；ρ─弦线非常近，该线圈兼作激励和信号感应线圈，电子脉冲密度；T─弦的张紧力。信号通过两芯导线传入线圈引起磁场改变使钢弦以其实践证明，振弦式仪器的技术难点在于其长期稳谐振频率振动。由于张力不同的钢弦的谐振频率不定性，影响长期稳定性的因素很多，主要因素包括钢同，线圈感受到钢弦切割磁力线的频率并将信号通过弦及其相关部件材料的选择，钢弦的固定技术。应尽上述两根电缆传到读数装置。

6、读数装置使用高频石英可能地减小由于温度和应变引起的弦线徐变，以及减计时器及周期平均技术来精确地测定弦的振动频率小潜在的腐蚀。高质量的振弦式传感器应具有良好的（周期），并在几毫微秒内给出重复分辨率，通常分设计工作特性和较低的长期漂移。40水利水文自动化2006.4振弦式传感器是一种机械传感器，频率输出可以大坝施工期间的温度裂缝。将它们安装于裂缝起始、通过5km长的电缆传输，电缆和接头电阻的变化不产施工缝和长链处．以监测随机开裂的位置及程度。生线损或衰减。输出也不受电路受潮的影响，这使振许多混凝土老坝受碱骨料反应(AAR)膨胀，混凝弦式传感器大大

7、优于其他电子传感器。一般对振弦式土膨胀使混凝土内压力升高，产生大的裂缝，妨碍溢传感器进行标定是采用可示踪的0.1%或更高的标准洪道闸门的启闭和发电机、水轮机的运转。解决的方来确定振弦传感器的精度和重复性。实践证明振弦式法是在坝体上下游方向开槽以减轻压力，阻止进一步传感器在0.025%F.S.范围内是可重复的。温度误差是开裂和膨胀。压力释放后，经过一段时期，当槽重新由零点误差（在空载情况下，由于温度的变化引起的闭合时压力又增加，可用软包含应力传感器(SlSC)测输出读数的改变）和温度间隔误差（在全量程范围内量，SISC安装在混凝土内金刚石钻孔中

8、，对读数进由于温度变化引起的读数的改变）决定的。典型的振行监测，以帮助评估是否需要重新开槽。0弦式传感器的温度误差小于0.02%F.S./F。美国亚利桑那州的Roo