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光纤光栅静力传感器分解第1页/共77页 报告提纲3静力水准传感器的定义及原理12456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7总结第2页/共77页 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。[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.第3页/共77页 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。第4页/共77页 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．第5页/共77页 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。第6页/共77页 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 缺点 产品 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。 损坏率高，长期稳定性差，需要定期的重新标定，维护费用高，信号输出形式固定适应性差。其中有些传感器安装要求较高，必须专业技术人员安装；有些传感器测量精度较差，可靠性方面存在缺陷等 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。 南京自动化研究所研究开发的电容式 基康仪器（北京）有限公司-BGK-4675型振弦式静力水准监测系统 电容式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。 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第7页/共77页 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。第8页/共77页 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.第9页/共77页 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,2013,09:164