光纤光栅静力传感器分解

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利用液面上的浮体与位移传感器相连,当液面高度发生变 化时,使得浮体升降,引起传感器的电量发生变化,从而 完成非电量向电量转换的过程。输出的电讯号可以直接数 字显示或模拟记录,也可以输入计算机处理,绘出连续的 位移曲线图。 该方法所使用的传感器可以是:电感式、电容式、差动变 压器式、电阻式等等。具体采用何种方式,要看仪器的用 途、使用场地的环境、观测精度要求等因素来决定。
润湿现象:液体在与固体接触时,沿固体表面扩展的现象。又称为液体润湿固体。
液位式静力水准传感器
防水透气膜介绍 防水透气膜是一种新型的高分子防水材料。从制作工 艺上讲,防水透气膜的技术要求要比一般的防水材料 高的多;同时从品质上来看,防水透气膜也具有其他 防水材料所不具的特点,防水透气膜可以使气体无阻 通过,并保证水分不流失。是一种健康环保的新型节 能材料。
静力水准传感器的需求
监测位置
大坝、高层建筑、矿 垂直位移和倾斜的监 山、滑坡、桥梁 测
监测设备
电感式和液位式静力 水准传感器
大型建筑物、核电站、各测点间不均匀沉陷 水利枢纽工程岩体 测量
振容式静力水 垂直位移测量,提前检 准仪 查出隧道一些微量形 变。
液位式静力水准传感器
外界条件的影响:
在整个液体静力水准系统中,测量有效值必须在液面静 止或变化均匀的情况下取得。但在实际工作中,来自外界 的振动以及气象等因素的变化,往往使得这一条件难以满 足,给测量结果带来误差。 外界振动的影响 温度影响 液体的污染影响
液位式静力水准传感器
液体静力水准测量主要是通过对容器中的液体处于静 力平衡状态时的表面进行观测,从而达到测量高差的目的。 所以说,液体的选择是一个关键。各种液体性质的差异, 决定了人们采用不同的观测方法,采取不同的措施去提高 观测精度。通常使用的液体是水。 水,由于价格低这一最大的优点,在液体静力水准测量 中使用最为广泛。因有着良好的透明度,几乎可用任何一 种方法进行观测。水对温度的变化要求较高,因水的体膨 胀系数较大,若100mm高的水柱,温度变化1℃,将产生的 高度变化为0.02mm。所以在实际施测时,需同时观测温 度,并作改正。另外,水的凝固温度较高,只能在0℃以 上的条件下使用。
[5]郭永东. 静力水准在桥梁施工竖向位移监控中的应用[J]. 山西建筑,2008,20:310-311.
静力水准传感器的应用
在监测工程中的应用[6]
该仪器依据连通管的原理,用传感器测量每个测点容器内液面的相 对变化,再通过计算求得各点相对于基点的相对沉降( 隆起) 量,与基 准点相比较即可得测点的绝对沉降( 隆起) 量。
液位式静力水准传感器
由于局部温度的变化,会引起容器中液体的不均衡蒸发。 若在液体的表面覆盖一层很薄的酒精或油酸,或使用防水 透气膜,将有效地减小蒸发速度。如果水作为静力水准系 统中的液体,还有一个缺点就是润湿现象严重。由于润湿 的影响,使容器水管的毛细管产生相当大的负压力,引起 液面发生变化。例如,在温度为18℃时,毛细管直径从 2mm变成2.4mm,则液面高度变化1.6mm。所以说,为确 保测量结果的可靠性,在仪器选择时,要保证水管直径严 格一致,最好在30-50mm之间。
静力水准传感器的应用
如何选取基准点? 基准点应根据工程的沉降施测方案和布网原则的要求建立, 而沉降施测方案应根据工程的布局特点、现场的环境条件 制订。一般建筑物周围要布设三个基点,且与建筑物相距 50m至100m间的范围为宜。基点可利用已有的、稳定性 好的埋石点和墙脚水准点,也可以在该区域内基础稳定、 修建时间长的建筑物上设置墙脚水准点。若区域内不具备 上述条件,则可按相应要求,选在隐蔽性好且通视良好、 确保安全的地方埋设基点。所布设的基点,在未确定其稳 定性前,严禁使用。因此,每次都要测定基点间的高差, 以判定它们之间是否相对稳定,并且基点要定期与远离建 筑物的高等级水准点联测,以检核其本身的稳定性。
缺点
产品
武汉地震研究所研究开发的 电感式传感器
振弦式
由一系列含有液位传感器的容器组成,容 器之间由充液管互相连通。基准容器位于 一个稳定的基准点,其它测点容器位于与 基准容器大约相同标高的不同位置上,任 何一个测点容器与基准容器之间的高程变 化都将引起相应容器内的液位变化。 依据连通管原理的方法,用电容传感器, 测量每个测点容器内液面的相对变化, 再 通过计算求得各点相对于基点的相对沉陷 量。
电容式
电感式静力水准传感器
电感式传感器是一种属于金属感应的线性器件,接通电源后, 在开关的感应面将产生一个交变磁场,当金属物体接近此感应 面时,金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量,使振荡器输 出幅度线性衰减,然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物 体的目的。电感式传感器具有无滑动触点,工作时不受灰尘等 非金属因素的影响,并且低功耗,长寿命,可使用在各种恶劣 条件下。主要应用在自动化装备上。
静力水准传感器的应用
在桥梁施工中的应用[5]
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,在 不同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。
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光纤光栅静力水准传感器
报告提纲
静力水准传感器的定义及原理
2 3 4
静力水准传感器的分类与应用 液位式静力水准传感器 光纤光栅传感器的定义及原理
5
6 7
光纤光栅静力水准传感器的定义
光纤光栅静力水准传感器的应用与展望 总结
静力水准传感器的定义
静力水准传感器[1]是一种高精密液位测量系统,该系统适用于 测量多点的相对沉降。所有各测点的垂直位移均是相对于其中 的一点(又叫基准点)变化,该点的垂直位移是相对恒定的或者 是可用其它方式准确确定,以便能精确计算出静力水准仪系统 各测点的沉降变化量。
电容式静力水准传感器[4]
电容式静力水准传感器的原理如图所示。若安装点处 发生变化,静力水准传感器内的液位也会改变,从而 液体正上方的电容传感器检测到的电容值也会改变。 因此,通过检测电容值的变化可得到液位变化的信息。
[4]何晓业,汪鹏,许少峰. 合肥光源电容式静力水准传感器的标定[J]. 原子能科学技术,2013,09:1648-1651.
静力水准传感器的应用
如何选取观测点? 沉降观测点应依据建筑物的形状、结构、地质条件、 桩形等因素综合考虑,布设在最能敏感反映建筑物沉 降变化的地点。一般布设在建筑物四角、差异沉降量 大的位置、地质条件有明显不同的区段以及沉降裂缝 的两侧。埋设时注意观测点与建筑物的联结要牢靠, 使得观测点的变化能真正反映建筑物的变化情况。并 根据建筑物的平面设计图纸绘制沉降观测点布点图, 以确定沉降观测点的位置。在工作点与沉降观测点之 间要建立固定的观测路线,并在架设仪器站点与转点 处做好标记桩,保证各次观测均沿统一路线。
[1]何晓业,黄开席,陈森玉,等。一种用于高能加速器高程监测的静力水准系统,《核技术》,2007,30 (6),486-490.
静力水准测量原理
液体静力水准测量的方法在很早之前已被人们所熟悉。它 是根据静止液面在重力作用下保持同一水平的特性,即与 大地水准面相平行的水准面的原理,测量各点间的高程差, 从而直接得到垂直形变或间接求得倾斜角度的变化。各测 点间液体用管道连通,液体静力水准测量又称为连通管法。 静力水准仪是用于测量基础和建筑物各个测点的相对沉降 的精密仪器。主要用于大型建筑物如水电站厂、坝、高层 建筑物、核电站、水利枢纽工程岩体等各测点不均匀沉降 的测量。
损坏率高,长期稳定性差, 南京自动化研究所研究开 需要定期的重新标定,维护 发的电容式 基康仪器(北 费用高,信号输出形式固定 京)有限公司-BGK-4675型 适应性差。其中有些传感器 安装要求较高,必须专业技 振弦式静力水准监测系统 术人员安装;有些传感器测 量精度较差,可靠性方面存 在缺陷等 南京基泰土木工程仪器有 限公司,CSL570系列陶瓷电 容式静力水准仪
静力水准传感器的应用
基准点应避开交通干道主路、地下管线、仓库堆栈、水源 地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区以及其他可 能使标石、标志易遭腐蚀和破坏的地方; 基准点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存 的地方。在建筑区内,其点位与邻近建筑的距离应大于建 筑基础最大宽度的2倍,其标石埋深应大于邻近建筑基础 的深度。基准点也可选择在基础深且稳定的建筑上; 基准点、工作基点之间宜便于进行水准测量。当使用静力 水准测量方法进行沉降观测时,用于联测观测点的工作基 点宜与沉降观测点设在同一高程面上,偏差不应超过 ±1cm。当不能满足这一要求时,应设置上下高程不同但 位置垂直对应的辅助点传递高程。
静力水准传感器的手段
目前在我国推广应用的静力水准仪技术中主要使用的传感器为:电感式、振 弦式、电容式等。
定义 电感式
由一系列智能液位传感器及储液罐组成,储液罐之 间由连通管连通。基准罐置于一个稳定的水平基点, 其他储液罐置于标高大致相同的不同位置,当其他 储液罐相对于基准罐发生升降时,将引起该罐内液 面的上升或下降。通过测量液位的变化,了解被测 点相对水平基点的升降变形。
液位式静力水准传感器
现今采用最新的是液位式静力水准传感器,能有效地克 服其它类型传感器所存在的问题。 JL-1型磁致伸缩式静力水准仪采用的传感器是利用磁致 伸缩原理开发出的高精度非接触式液位测量传感器。 优点:具有高分辨率、高精度、高稳定性、响应时间 快,工作寿命长、不受低温影响。 缺点:由于液体的粘滞作用,静力水准仪管路内部的液 体需要时间才能流动并且平衡,那么,在这段时间内, 就无法实现高速测量沉降变化量。而且不能应用在特殊 的恶劣环境中。
[6]潘华. 静力水准系统在监测工程中的应用[J]. 低温建筑技术,2013,12:102-105.
静力水准传感器的应用
在地铁施工中的应用
主要由测量、数据发射和数据采集及分析三个部分组 成。通过连通器的原理得出基准点及各监测点上静力水准 仪的压力值,集成后通过GPRS或无线电台发射出去,在 能够接收的范围内通过数据采集装置采集测得的压力值, 之后通过数据处理及分析软件得出监测点相对基准点的沉 降变化量及变化速率,之后绘出累计变沉降量-时间曲线 和变化速率-时间曲线,进而分析地铁隧道各部分的变化 情况。
振弦式静力水准传感器
振弦式仪器的实际工作过程为:数据采集设备通过仪器电缆给 传感器输送一个变频激励信号,线圈产生交变磁场会使钢弦产 生振动。钢弦振动切割磁感线会使线圈产生感应电压,电压信 号通过电缆反馈到数据采集设备,通过测量电压信号的频率从 而得到钢弦的振动频率。
[3]万宏鹏. 安龙泉互通立交桥健康监测与状态评估研究[D].吉林大学,2013.
液位式静力水准传感器
静力水准仪隧道安装图:
液位式静力水准传感器
结构:主要由观测电 缆、传感器、水平泡、 气管接头、通气管、 加液塞、上端盖、贮 液筒、防冻液、下端 盖、通液管接头、通 液管、底板、调节螺 栓、安装架等部件组 成。
测量量程:0-100mm 工作温度:-25_+80℃
液位式静力水准传感器
静力水准仪的结构
静力水准系统[2]由主机系统、水管系统、信号采集系统组成。如图1所示。
[2]孙君文,等. 磁致伸缩位移传感器的研制[J]. 仪表技术与传感器, 2006,( 6) : 35 - 37.
静力水准传感器原理
测试原理:各测点与 基准点通过连通管相 连接,根据其内的液 体保持同一水平面的 原理。(基准点是稳 定不动的点,即相对 恒定的或者是可用其 它方式准确测定的点) 工作原理:在使用中, 多个静力水准仪的容 器用通液管联接,每 一容器的液位由磁致 伸缩式传感器测出, 传感器的浮子位置随 液位的变化而同步变 化,由此可测出各测 点的液位变化量。
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