已埋鋼弦式監(jiān)測儀器工作狀態(tài)評價

趙花城，沈省三（.國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，3004；.北京基康科技有限公司，北京，00080）

已埋鋼弦式監(jiān)測儀器工作狀態(tài)評價

趙花城1，沈省三2
（1.國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014；2.北京基康科技有限公司，北京，100080）

DL/T1271-2013《鋼弦式監(jiān)測儀器鑒定技術(shù)規(guī)程》對已埋鋼弦式監(jiān)測儀器工作狀態(tài)的鑒定方法和評價標(biāo)準(zhǔn)作出了規(guī)定，對鋼弦式監(jiān)測儀器的現(xiàn)場鑒定評價起到了指導(dǎo)性的作用。筆者對規(guī)程中的相關(guān)內(nèi)容作了簡要介紹和必要說明，供業(yè)內(nèi)人員開展相關(guān)工作時準(zhǔn)確理解和掌握。

鋼弦式監(jiān)測儀器；工作狀態(tài)；評價

0　引言

鋼弦式監(jiān)測儀器于1919年由德國的麥哈克公司研制成功，經(jīng)過近一百年的改進和完善，具有測量精度高和長期穩(wěn)定性好等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在國內(nèi)外各類工程的安全監(jiān)測中。我國自1960年開始研制鋼弦式監(jiān)測儀器，并于20世紀(jì)90年代起大量應(yīng)用于水利水電工程的安全監(jiān)測中。監(jiān)測儀器與其他物件一樣，受結(jié)構(gòu)材料、元器件老化及變形等因素的影響，使儀器自身的性能發(fā)生變化，從而影響到監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。如何鑒定并評價已埋入鋼弦式監(jiān)測儀器的工作狀態(tài)，雖在有關(guān)的監(jiān)測技術(shù)培訓(xùn)教材或叢書中已有所介紹，但一直沒有形成統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)。為此，電力行業(yè)大壩安全監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會組織相關(guān)單位，編制完成了《鋼弦式監(jiān)測儀器鑒定技術(shù)規(guī)程》。該規(guī)程適用于已埋設(shè)的鋼弦式監(jiān)測儀器的現(xiàn)場鑒定，規(guī)定了鋼弦式監(jiān)測儀器的鑒定方法和評價標(biāo)準(zhǔn)，對鋼弦式監(jiān)測儀器工作狀態(tài)的現(xiàn)場鑒定具有明確的指導(dǎo)性作用。為了準(zhǔn)確理解和合理應(yīng)用本規(guī)程，筆者在此對規(guī)程中的相關(guān)內(nèi)容作簡要介紹和必要說明，供業(yè)內(nèi)同行討論和借鑒。

1　鑒定工作準(zhǔn)備

根據(jù)建筑物的特點以及監(jiān)測儀器自身的工作特性，已埋鋼弦式監(jiān)測儀器的鑒定工作主要包括歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)分析評價、現(xiàn)場測試評價和綜合評價等。因此，在監(jiān)測儀器鑒定工作開始前，應(yīng)收集需鑒定監(jiān)測儀器的基本信息、歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測儀器所處建筑物的相關(guān)運行資料等，同時準(zhǔn)備用于鋼弦式監(jiān)測儀器的測量儀表及現(xiàn)場測試所需的相關(guān)記錄表格。

2　測量儀表的檢驗

現(xiàn)場測試的測量儀表（簡稱讀數(shù)儀）必須為經(jīng)檢定合格且在有效期內(nèi)使用的產(chǎn)品。測讀時應(yīng)嚴格按照說明書的要求進行操作。在現(xiàn)場測試前，還需采用標(biāo)準(zhǔn)試件（信號發(fā)生器）對讀數(shù)儀的準(zhǔn)確性進行校驗。其基本操作步驟為：先用專用導(dǎo)線將讀數(shù)儀和信號發(fā)生器正確連接；再將信號發(fā)生器置于頻率發(fā)生狀態(tài)，然后分別調(diào)節(jié)至500 Hz、1 000 Hz、1 500 Hz、2 000 Hz、3 000 Hz、4 000 Hz等檔位，同時用讀數(shù)儀讀取對應(yīng)各檔的頻率值，每檔連續(xù)讀取5個測值，以每檔的各次測值與相應(yīng)檔位的標(biāo)準(zhǔn)值之差均不大于0.2 Hz為控制標(biāo)準(zhǔn)，滿足要求的讀數(shù)儀可認為是合格的，能用于現(xiàn)場測試。

3　歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)分析評價

分析評價歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)是鑒定監(jiān)測儀器工作狀態(tài)的重要依據(jù)之一，評價時主要采用測值過程線圖分析法，以便發(fā)現(xiàn)一些現(xiàn)場測試鑒定時難以出現(xiàn)的問題和現(xiàn)象。

為使現(xiàn)場測試有針對性，在測試前應(yīng)先根據(jù)被鑒定監(jiān)測儀器的歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)（即頻率或頻率模數(shù)、溫度值）和相應(yīng)的環(huán)境量（如庫水位、氣溫）等資料，繪制測值過程線。分析評價時，應(yīng)結(jié)合建筑物實際運行情況，可同時與被鑒定監(jiān)測儀器埋設(shè)位置相近的同類其他儀器測值進行比對，檢查測值變化規(guī)律的一致性或相關(guān)性，以做準(zhǔn)確合理的分析和判斷。由于對測值過程線的分析評價還難以提出定量的評判標(biāo)準(zhǔn)，目前主要以定性評價為主，評價標(biāo)準(zhǔn)一般按以下三個等級進行分類：

可靠：變化合理，測值過程線規(guī)律明顯，無系統(tǒng)誤差；或雖存在系統(tǒng)誤差，但能夠排除儀器自身的問題。

基本可靠：測值過程線能呈現(xiàn)較明顯的規(guī)律，即使存在不能排除的儀器自身原因的系統(tǒng)誤差，也可經(jīng)過處理修正。

不可靠：測值變化紊亂無規(guī)律；或誤差頻現(xiàn)難以處理修正，無法分析和引用測值。

4　現(xiàn)場測試及成果評價

4.1現(xiàn)場測試

實際工程中，鋼弦式監(jiān)測儀器可能由人工直接測量或接入集線箱后再進行人工測量，也可能采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)自動化讀取?，F(xiàn)場測試時，對于采用人工測量的儀器，可將儀器電纜與讀數(shù)儀連接后直接測試；對于已接入數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的儀器，可將其從數(shù)據(jù)采集模塊上拆下后再進行測試，或中斷自動采集系統(tǒng)工作后采用人工比測接口進行測試。

4.1.1頻率和溫度測試

按照讀數(shù)儀的功能測讀儀器的頻率和溫度，對監(jiān)測儀器進行穩(wěn)定性測試時，需連續(xù)測量3次測值并記錄，每次測量時間間隔不少于10 s。當(dāng)遇到儀器測值不穩(wěn)、集線箱旋鈕或采集模塊接口接觸不良、電纜芯線顏色與常規(guī)不一致、儀器測值異常等現(xiàn)象時，應(yīng)將相關(guān)情況的文字說明一并記錄在現(xiàn)場測試表中。

4.1.2絕緣電阻測試

監(jiān)測儀器電纜芯線的對地絕緣電阻采用100 V電壓等級的兆歐表測量。測試時，將兆歐表的一根導(dǎo)線夾緊所測試儀器的電纜芯線；另一根導(dǎo)線接地，在現(xiàn)場可夾在測站旁的鋼筋或電纜保護箱的固定螺栓上。

表1　鋼弦式監(jiān)測儀器現(xiàn)場測試成果評價表Table1　The appraisal of the vibrating-wire sensor based on on-site tests

表2　鋼弦式監(jiān)測儀器綜合評價成果表Table2　The comprehensive appraisal of the vibrating-wire sensor

4.2測試成果評價

4.2.1影響評價標(biāo)準(zhǔn)確定的因素

在確定鋼弦式監(jiān)測儀器現(xiàn)場測試評價標(biāo)準(zhǔn)時，需考慮以下幾方面的因素。

第一，在儀器出廠檢驗或埋設(shè)前現(xiàn)場檢驗的基礎(chǔ)上，適當(dāng)放寬儀器的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。在不影響對建筑物運行性態(tài)做出合理判斷的前提下，對已埋監(jiān)測儀器，應(yīng)遵循能利用則盡量繼續(xù)利用的原則。

第二，讀數(shù)儀在現(xiàn)場工作條件下的測量誤差一般要比出廠檢驗工作條件下的測量誤差大。

第三，儀器絕緣電阻對測值的影響，以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對監(jiān)測儀器絕緣度的要求。

第四，現(xiàn)場各種干擾可能對讀數(shù)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

4.2.2評價標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)綜合考慮上述各項因素后，可確定鋼弦式監(jiān)測儀器現(xiàn)場測試的評價標(biāo)準(zhǔn)一般為：

（1）頻率測值穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)：

當(dāng)頻率測值 1 000 Hz時，頻率極差 2 Hz為合格，頻率極差＞2 Hz為不合格。

當(dāng)頻率測值＞1 000 Hz時，頻率極差 3 Hz為合格，頻率極差＞3 Hz為不合格。

（2）溫度測值評價標(biāo)準(zhǔn)：

溫度極差 0.5℃為合格；溫度極差＞0.5℃為不合格。

（3）絕緣電阻評價標(biāo)準(zhǔn)：

絕緣電阻 0.1MΩ為合格；絕緣電阻＜0.1MΩ為不合格。

4.2.3現(xiàn)場測試成果評價

根據(jù)鋼弦式監(jiān)測儀器頻率極差、溫度極差、絕緣電阻值的現(xiàn)場測試成果，從儀器的頻率測值和溫度測值兩方面對儀器的工作狀態(tài)進行評價，評價結(jié)論按可靠、基本可靠、不可靠三個等級分類，具體評價情況詳見表1。

5　綜合評價

在對已埋鋼弦式監(jiān)測儀器歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析評價、現(xiàn)場測試評價的基礎(chǔ)上，最終對儀器的工作狀態(tài)做出綜合評價，儀器的評價結(jié)論分正常、基本正常、異常三類，相關(guān)情況見表2。

對工作狀態(tài)正常的儀器需進行觀測；對工作狀態(tài)基本正常的儀器可繼續(xù)觀測，但在監(jiān)測資料分析時，應(yīng)分析評價其測值的可靠性；工作狀態(tài)異常的儀器作封存停測處理，但應(yīng)根據(jù)按相關(guān)程序，報有關(guān)部門審批后方可實施，同時需妥善保存擬停測封存儀器的所有歷史資料，包括圖紙、埋設(shè)基本資料、儀器相關(guān)參數(shù)、歷年監(jiān)測資料等。

［1］DL/T1271-2013，鋼弦式監(jiān)測儀器鑒定技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國電力出版社，2014.

［2］儲海寧.混凝土壩內(nèi)部觀測技術(shù)［M］.北京：水利電力出版社，1989.

Title:Appraisal on performance of embedded vibrating-wire monitoring instrument//by ZHAO Huacheng and SHEN Xing-san//Large Dam Safety Supervision Center of National Energy Administration

Specification for appraisal of vibrating wire sensor mainly aims at the regulation of the appraisal of working state of the embedded vibrating wire sensors which has been taken as a guide for on-site practice.This paper introduces the main contents as well as the some key points in the specification，for reference.

vibrating-wire monitoring instrument；working state；assessment

TV698.1

A

1671-1092（2015）01-0083-04

2015-01-20

趙花城（1964-），男，浙江金華人，教授級高級工程師，長期從事大壩安全監(jiān)測工作。

作者郵箱：zhao_hc@ecidi.com