應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)在質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督工作中的應(yīng)用

馮寶順

【摘?要】一些設(shè)備在使用過程中其所承受的力在不斷的發(fā)生著變化，又或者是固定不變但是隨著時(shí)間的推移鋼結(jié)構(gòu)本身發(fā)生著變化，如腐蝕、沉降和位移等，這些變化都會(huì)改變結(jié)構(gòu)本身的承受能力，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救可能會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。在一些設(shè)備上安裝應(yīng)力檢測(cè)儀建立鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)結(jié)構(gòu)的受力狀況進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為設(shè)備的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、無線通訊系統(tǒng)、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)等幾部分組成。當(dāng)受力設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)受力發(fā)生異常變化時(shí)，可及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，以便及時(shí)采取相關(guān)措施，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

安裝在鋼結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力傳感器把鋼結(jié)構(gòu)桿件的應(yīng)力變換成頻率信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集電纜傳輸給數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理后，通過無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，傳輸給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。

遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種后期處理后，存入本地?cái)?shù)據(jù)庫，供操作者瀏覽、查詢、導(dǎo)出數(shù)據(jù)等。同時(shí)，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，設(shè)定各種采集參數(shù)，控制數(shù)據(jù)采集等。

無線通訊系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集器與遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)的聯(lián)接采用無線方式，通過4G或5G網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)Internet與遠(yuǎn)程控制中心聯(lián)接。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，在遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)也可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)訪問、控制等。

設(shè)備、器件選型

長期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)傳感器的穩(wěn)定性要求極高。若傳感器的穩(wěn)定性不佳，長期緩慢的漂移，最終會(huì)完全掩蓋真實(shí)數(shù)據(jù)的變化，造成監(jiān)測(cè)失敗?？蛇x用振弦應(yīng)力傳感器，其不但具有極高穩(wěn)定性，同時(shí)具有頻率信號(hào)傳輸、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、不怕水等特點(diǎn)，極其適合鋼這種室外的、長時(shí)間的監(jiān)測(cè)環(huán)境。

振弦應(yīng)力傳感器工作原理如下：傳感器內(nèi)部有一根固定長度、張緊的特制鋼絲，通過傳感器的固定座固定在鋼結(jié)構(gòu)表面。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)變變化時(shí)（鋼結(jié)構(gòu)單位長度發(fā)生變化），通過固定座傳遞給鋼絲，致使鋼絲的長度發(fā)生變化，即張緊程度（張力）發(fā)生變化。

自動(dòng)數(shù)據(jù)采集器

自動(dòng)數(shù)據(jù)采集器可以自動(dòng)采集多個(gè)應(yīng)力傳感器的應(yīng)力及溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理計(jì)算后進(jìn)行存儲(chǔ)，也可傳送給計(jì)算機(jī)，適用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，用于長期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)日常運(yùn)行中的數(shù)據(jù)采集。

設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)長期應(yīng)力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集由數(shù)據(jù)采集器每天自動(dòng)完成，自動(dòng)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)。在特殊工況時(shí)（如臺(tái)風(fēng)、大雪等），調(diào)整自動(dòng)數(shù)據(jù)采集頻率，以便更真實(shí)反映快速變化載荷的影響。

在所有系統(tǒng)硬件安裝完成后，進(jìn)行系統(tǒng)硬件測(cè)試、軟件測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行正常，到達(dá)設(shè)計(jì)要求。

硬件測(cè)試

1）傳感器測(cè)試：通過讀數(shù)儀，對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試，確保每個(gè)傳感器讀數(shù)都是正常。

2）數(shù)據(jù)采集器測(cè)試：把傳感器電纜分別接數(shù)據(jù)采集器的相應(yīng)通道，對(duì)采集器進(jìn)行測(cè)試。所有通道采集數(shù)據(jù)正常后，設(shè)定采集器為自動(dòng)采集方式，24小時(shí)不停地采集3天，測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

3）通訊線路測(cè)試：測(cè)試各采集器之間、采集器與計(jì)算機(jī)之間的通訊情況。確保通訊線路正常。

軟件調(diào)試

在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上安裝系統(tǒng)軟件，對(duì)程序框圖中各功能模塊如傳感器參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)備份導(dǎo)入、數(shù)據(jù)打印、用戶管理、遠(yuǎn)程通訊等逐一測(cè)試。確保軟件正常運(yùn)行。

系統(tǒng)正常后，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)置為自動(dòng)采集方式，自動(dòng)獲取各采集器檢測(cè)數(shù)據(jù)。連續(xù)采集3天測(cè)試整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試階段運(yùn)行的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理、計(jì)算和分析，表明鋼鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完全到達(dá)設(shè)計(jì)要求，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)功能完善。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

以大型網(wǎng)狀棚體結(jié)構(gòu)為例，通過對(duì)測(cè)試階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理、計(jì)算和分析表明，設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化趨勢(shì)與溫度變化趨勢(shì)明顯相關(guān)，受晝夜溫度變化影響明顯。這種晝夜變化的趨勢(shì)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)來說，這主要反映的是溫度變化引起的鋼結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力變化。

應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，日變化基本呈現(xiàn)圍繞一個(gè)水平軸上下波動(dòng)的變化趨勢(shì)。從測(cè)試階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)力波動(dòng)范圍不大，日波動(dòng)基本在6MPa范圍以內(nèi)。主要為鋼結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力造成（晝夜溫差約6℃）。

從結(jié)構(gòu)應(yīng)力及溫度變化曲線可以明顯看出，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化趨勢(shì)與溫度變化趨勢(shì)密切相關(guān)，部分變化趨勢(shì)表現(xiàn)為應(yīng)力與溫度呈反比的關(guān)系，即溫度升高，應(yīng)力下降;溫度下降，應(yīng)力升高。部分結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)為應(yīng)力與溫度成正比的關(guān)系，即溫度升高，應(yīng)力升高;溫度下降，應(yīng)力下降。呈現(xiàn)正比或反比關(guān)系，主要由測(cè)點(diǎn)處各桿件熱應(yīng)力相互作用情況決定。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)典型應(yīng)力變化曲線見圖1：日應(yīng)力變化曲線（溫度正相關(guān)）、圖2：日應(yīng)力變化曲線（溫度負(fù)相關(guān)）

結(jié)束語

應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督中發(fā)揮著重要的作用，隨著現(xiàn)代化技術(shù)的改進(jìn)，該技術(shù)也愈加成熟，通過對(duì)設(shè)備受力狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的記錄和分析，有助于我們對(duì)設(shè)備的狀態(tài)有一個(gè)實(shí)施的把控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并整改，保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。

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（作者單位：國家電力公司水電施工設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心）