光纤光栅静力传感器

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。
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。
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。
[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。
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。
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。
[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。
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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
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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
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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。
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。
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。
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。
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.
பைடு நூலகம்
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。
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
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。
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。
[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。
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.
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
振弦式静力水准传感 器
地铁
地铁隧道结构自动化 RJ型电容式静力水 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
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。