基于正弦式波纹膜片的压差式FBG静力水准仪

为解决建筑物不均匀沉降长期、可靠监测的问题,基于连通器原理,推导了膜片半径r、刚度K、光纤自由段长度l、波长变化量Δλ_(B)等参数和沉降量的线性关系式。以此设计了带有正弦式波纹膜片的压差式光纤布拉格光栅(FBG)静力水准仪,并通过标定试验验证压差式FBG静力水准仪的传感性能。结果表明:此静力水准仪灵敏度不小于13.2 pm/mm,综合误差不大于3.26%,相关性系数均在0.99以上。该型静力水准仪传感性能满足工程结构沉降测量的要求,丰富了FBG静力水准仪的研究,具有理论和现实意义。

压差式光纤光栅静力水准仪的设计与研究

为实现对建筑结构不均匀沉降的有效监测,基于光纤光栅与连通器的基本原理,该文设计了一种压差式光纤光栅静力水准仪,并对该水准仪进行了理论推导、标定试验及静态特性分析。试验结果表明,该水准仪灵敏度为6.5 pm/mm,线性拟合度R^(2)为0.999,非线性误差为1.48%,迟滞性误差为0.74%,重复性误差为5.72%,总精度为5.95%。为增大该水准仪灵敏度特性,对原有的波纹膜片改进与分析,结果表明,改进后的水准仪灵敏度为11.87 pm/mm,较改进前提升了约1.8倍。该结构形式的水准仪可对建筑物的沉降进行有效监测,为建筑物结构健康监测提供有效的技术支持。

液体静力水准仪用于水平位移监测方向的可行性研究

本文主要由液体静力水准仪的工作原理及内部构造结构,从理论方面说明及论证,静力水准仪局部结构改造后能在水平位移监测方面的可行性,并由此对几何量的监测带来便捷等功效做了总结和说明,以及由此可行性带来的附带垂直性功能测定做了说明。也例举了新功能的应用范围和优越性,阐述了新功能的必要性、易操作性、可用性及为促进监测行业的意义发挥着作用。

静力水准仪测试大型钢构件不同步提升位移的应用研究

针对大型钢结构整体提升过程中产生的不同步位移,通过有限元软件进行敏感性分析后,首次提出采用计算扭转变形的姿态控制设置预警值,并在每个连廊吊点上安装静力水准仪,用静力水准仪精准控制每个吊点的不同步位移,最终钢结构连廊整体提升提前顺利完成。该方法相比传统的通过光学仪器校核调整不同步位移的方法更加科学,不仅提高了结构提升效率,减少了大量滞空时间,而且适用于夜间施工,优化了提升施工过程。

高精度小量程静力水准仪的设计与应用

设计了一种高精度小量程静力水准仪,详细阐述了其测量原理和机械结构。分析了静力水准仪在沉降监测应用中的系统精度,并根据系统精度设计确定了仪器出厂的最大残余误差。为保证仪器的测量精度,进行了仪器关键器件的选型。经试验验证,该静力水准仪具有测量精度高、重复性好、迟滞误差小、分辨率高和环境适应性强等特点,满足设计要求。将该静力水准仪应用于某大科学装置的沉降位移监测中,通过现场抬升实验和应用数据分析,表明该静力水准仪测量精度满足项目设计精度,实现了对大科学装置的沉降变化的实时精确监测,为该装置的稳定运行提供有力保障。

基于时频特征分析的静力水准仪振动误差优化及应用

静力水准系统是当前地铁隧道沉降自动化监测所采用的主要手段,但在实践过程中发现常规静力水准仪受列车振动影响较大,易造成数据振荡、失真等问题的发生。为降低列车振动对静力水准仪采集数据的影响,提高自动化监测数据的精确度与稳定性,通过室内振动试验模拟列车振动情况并现场采集振动信号,采用快速傅里叶变换对获取的振动时域信号进行频谱分析,引用卡尔曼滤波器对振动信号进行滤波降噪,获取振动干扰与位移数据之间的影响关系,根据影响关系对传统静力水准仪内置算法进行优化,并在实际工程应用中与传统静力水准仪采集的数据进行对比分析,验证了改良算法的有效性与可行性。该研究成果对进一步提高城市轨道交通安全保障性能具有重要意义。

静力水准仪在运营期地铁隧道变形监测中的应用及分析

文章论述了静力水准仪基本工作原理及其在运营期地铁隧道内变形监测精度的影响因素;结合某项目基坑施工期间运营地铁区间静力水准仪系统监测实例,对列车停运和正常运行情况下静力水准仪的监测精度进行了对比,分析了列车运行对监测精度的影响。同时,采用与人工监测数据相对比的方法对静力水准仪系统的可靠性进行了验证。结果表明,静力水准仪自动化监测系统能够满足运营期地铁隧道实时变形监测精度要求,具有较高的应用价值。

光纤光栅静力水准仪设计

为了监测岩土的沉降,设计了一种新型光纤光栅静力水准仪装置,用于实时监测岩土地层的变化。根据岩土地层运动情况和已有的静力水准仪结构设计,基于连通器原理,考虑静力水准仪结构、光纤光栅粘贴位置和粘贴方向等因素,推导了静力水准仪在岩土地层工作时的监测原理。搭建了模拟地层沉降的试验装置,验证静力水准仪装置的可行性,实现了对模拟岩土沉降情况的实时监测。通过试验可知,光纤光栅静力水准仪反应迅速,灵敏度为20.877 2 pm/mm,重复性好。独特的光纤光栅粘贴位置和粘贴方向使得整个传感器具有温度自补偿功能,排除了昼夜温差对传感器准确度的影响,扩大了该静力水准仪的使用范围。该静力水准仪可以实现对岩土地层的方便、快捷、全天候、低成本监测,具有广阔的应用前景。

超声波静力水准仪的研制

随着工农业发展、土地开发利用、地下水和石油天然气大量开采等引起的地面沉陷成为一种世界性的地质灾害。超声波静力水准仪由MSP430149单片机控制单元、环境温度采集、超声波发射及驱动和超声波接收及回波检测等组成,利用超声波传感器实现高精度不均匀地面沉陷测量。该仪器具有集成度高、响应速度快,测量准确度高(±0.1mm)、性能价格比高等优点。试运行报告表明,测量精度完全满足工程上的要求。

一种基于无线传感网络的电容式静力水准仪研制

研制了一种基于无线传感网络的电容式静力水准仪,并给出了静力水准仪的系统架构、机械结构设计和硬件电路设计方案。与其它类型静力水准仪相比,该水准仪的最大特点是功耗极低,因此可以采用电池供电和无线网络数据传输,减少了现场布线成本,同时也提高了系统的可靠性。应用实践证明,该方案切实可行,且效果较好。

静力水准仪改进及应用

为提高测量准确度,在阐述传统电容式静力水准仪工作原理的基础上,分析存在的主要问题,提出改进电容式静力水准仪,研发原理更为先进的磁致伸缩式静力水准仪。经过应用对比发现,磁致伸缩式静力水准仪监测到的数据较为稳定,受环境温度的影响更小。

静力水准仪测量精度的影响因素实验研究

针对当前静力水准仪液管因环境振动、温度变化等因素,导致静力水准仪测量误差增大,测量稳定性差、数据无法使用等问题,以液压式静力水准仪为研究对象,分析在施工时受到环境振动和温度变化导致的测量误差,通过搭建水准仪试验平台,完成了不同频率、不同幅值的振动误差影响试验和40组静力水准仪温度实验,并通过单峰函数InvspoLy拟合,得到了改进的温度补偿公式,通过验证,改进后的静力水准仪在0 mm~1000 mm测量范围内测量精度≤±0.05%FS;沉降值误差明显降低,仿真效果与测试结果一致,验证了其有效性。

考虑温度效应的静力水准仪测试精度修正模型

为系统研究温度效应对静力水准测试系统(HLS)测试精度的影响,降低HLS测试误差。结合笔者前期已完成的环境温度研究,搭建了温度梯度试验平台,开展了系列不同温度梯度条件下HLS测试精度试验研究,对升/降温模式、温度梯度TG变化量、冷媒膨胀系数γ_(di)和联通管系数γ_(pi)、测点间距D_(test)的影响程度进行了定量化研究。结果表明:升温或降温模式的温度梯度影响系数ΔP_(t-G)仅差0.003 mm/℃,升/降温模式对HLS测试精度没有显著影响;测点高程与TG具有明显相关性;ΔP_(t-G)与(γ_(di)-γ_(pi))呈线相关性,且ΔP_(t-G)与D_(test)存在幂函数关系。以此建立了HLS温度效应修正模型,并在南京长江隧道和太湖隧道的沉降监测中验证了模型的可靠性和适用性。

基于LTE Cat-1的无线静力水准仪系统设计

为解决工程中建筑结构不均匀沉降的监测问题,以连通器作为基本理论,使用嵌入式实时操作系统(FreeRTOS),设计一种基于LTE Cat-1的无线静力水准仪系统。系统分为数据采集终端、数据基站和客户端3个部分,其中数据采集终端主要由压强传感器、ZigBee终端及Cortex-M3微控制器等组成,利用ZigBee终端建立多个数据采集节点;数据基站由ZigBee协调器、Cortex-M3微控制器、Wi-Fi模块及LTE Cat-1等组成,ZigBee协调器收集多个终端的数据,用户可通过PC端或移动端连接设备Wi-Fi对数据进行现场查看,LTE Cat-1模块将数据上传至服务器;客户端主要是针对质检中心或从事市政工程行业的人员设计的,方便查看现场监测结果。现场测试结果表明,该系统能够完成沉降数据的采集与稳定上传,测量精度达到mm级。

温度不均匀对液体静力水准仪精度的影响

利用液体静力水准仪对建筑进行沉降观测， 可以获取很高的观测精度， 但由于温度不均匀， 造成液体密度不均匀， 使高差测量产生较大的误差， 因此有必要研究温度对高差测量的影响，并找出减弱的措施， 本文对此做了一些初步研究。

环境温度对压差式静力水准仪测试精度影响试验研究

静力水准测试系统(HLS)被广泛地应用于高铁、桥梁、隧道、大坝及核电站等重大工程的沉降监测,环境温度是影响HLS在实际工程沉降检测过程中最重要的因素。为系统研究环境温度(T_(A))对HLS测试精度的影响,在环境温度实验室内搭建测试平台,定量分析T_(A)变化量、T_(A)升/降速率、连通管膨胀系数及测点距离等因素对HLS测试精度的影响规律。分析表明:单HSL测点高程与T_(A)具有单一相关性,当升温速率大于0.1℃/min时,材料膨胀不充分,数据失真。单HSL测点的温度影响系数与冷媒与管材的膨胀系数之差呈线性相关,T_(A)对双HLS测点引起的测试误差是由于基站和测点之间的连接管和该段连接管中冷媒的膨胀差异引起;相对温度影响系数随测距的增大而增大,当测距超过某一定值时,T_(A)引起的HLS测试误差基本维持定值。

ZJSC—1型静力水准仪的观测方法及沉降观测的数据处理

随着我国国民经济的迅速发展,各类大型建筑工程和巨型科学实验设备不断兴建,但由于建筑物的基础(地基)的地质构造不均匀,本身荷载与内部应力相作用,季节性风和周期型的温度变化及地下水位的变化,勘测设计施工不当等诸多因素影响,在使用过程中必将出现变形。如何对建筑物的安全进行人工检测也就不容忽视。

基于光纤光栅静力水准仪开发的沉降监测系统

传统沉降监测方法依赖人工、强度高、数据不立连续、无法满足现代监测的需求,采用基于光纤光栅技术应用的静力水准仪作为传感器,提出了一套沉降监测系统方案,并进行了沉降监测试验。结果表明,纤光栅传感器精度高,系统稳定,能够满足智能化沉降监测的需要。研究内容为结构的智能化安全健康监测提供了有益的试验经验。

静力水准仪系统在高铁桥梁变形监测中的应用

以蒙华铁路下穿徐兰高铁工程施工为例,采用新式静力水准仪监测系统对桥梁变形进行长期监测。将静力水准仪系统监测数据与人工监测数据进行对比。对比结果显示,静力水准仪系统的检测数据具有良好的稳定性和较高精度,可满足工程施工的长期检测需要。同时对静力水准仪采集数据的准确性进行影响因素分析,发现列车行驶过程中产生的振动和环境温度变化是影响数据准确性的主要因素。

一种新型容栅式静力水准仪的研制

创新性地研制了一种容栅式静力水准仪,利用容栅数显技术与静力水准技术相结合研制而成,期望该静力水准仪能够在建筑沉降观测中起到重要作用。给出了容栅式静力水准仪的系统组成、机械结构设计和硬件电路设计方案。与传统的光学水准仪相比,该静力水准仪的最大特点是功耗低,可采用电池供电,并自动记录数据,减少了人工测量成本,同时也提高了系统的可靠性。应用实践证明,该方案切实可行,且效果良好。该研制仪器已被授予发明专利(2013105507592)和实用新型专利(2013207027472)。