振弦式传感器在大坝安全监测中的应用-薛永辉.pdfVIP

第4 期 水 利 水 文 自 动 化 N O .4 2006年12 月 Automation in Water Resources and Hydrology Dec.,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；应用研究 中图分类号：TV698 文献标识码： A 文章编号：1672-3279(2006)04-0039-04 0　 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 (GEOKON INC.) 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分，振弦式仪器主要有 间的关系为： F 1/ 2L T/ρ 1/2 “拨振”和 “自动谐振”两种方式。 ＝ （ ） （ ） “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