沉降自動化監(jiān)測靜力水準(zhǔn)儀的分類及選型

時間：2022-05-30作者：吳興新一光測給儀器經(jīng)營部瀏覽：1040

本文從各種靜態(tài)水平儀的原理和分類出發(fā)，詳細(xì)說明了各種水平儀的優(yōu)缺點(diǎn)；幫助用戶在項(xiàng)目中選擇合適的水平儀。

   

一、靜力水平儀簡介

   

對結(jié)構(gòu)影響較大的因素是重力，因此以結(jié)構(gòu)的豎向位移較能代表結(jié)構(gòu)位置的變化。豎向位移通常也簡稱沉降。對豎向位移的觀測也叫沉降觀測。

   

傳統(tǒng)的人工測量耗時過長，監(jiān)測周期長，只能反映變化的長期趨勢。難以響應(yīng)快速變化的垂直位移。因此，業(yè)內(nèi)人士發(fā)明了靜態(tài)水平儀，用于自動測量垂直位移。

   
   

二、靜力水準(zhǔn)儀的原理及分類

   

靜態(tài)水準(zhǔn)儀根據(jù)連通管原理進(jìn)行沉降監(jiān)測，即兩端開口U注入液體后，液體較終會在大氣壓力和重力的作用下保持在同一高度。

   

根據(jù)這一原理，市場上有兩種不同形式的靜態(tài)水平儀，即液位靜態(tài)水平儀和壓差靜態(tài)水平儀。液位水平儀通過測量不同傳感器的液位變化高度來計算沉降，壓差靜態(tài)水平儀計算不同傳感器之間的液壓變化，然后除以液體的密度和重力加速度來獲得沉降值。

   

根據(jù)液位測量，液位水準(zhǔn)儀可分為磁致伸縮、超聲波和電容。

   

三、磁致伸縮靜力水平儀的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

   

磁致伸縮是指磁體中磁化方向的變化會導(dǎo)致介質(zhì)晶格間距的變化，從而改變磁體的長度和體積。磁致伸縮液位傳感器利用磁致伸縮效應(yīng)和檢測到兩個不同磁場交叉時產(chǎn)生的應(yīng)變脈沖信號的時間來計算磁場交叉點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，從而測量液位的高度。

   

磁致伸縮液位計的傳感器測桿外配有浮子，可隨液位的變化上下移動。浮子內(nèi)部有一組*磁環(huán)。當(dāng)脈沖電流磁場遇到浮子產(chǎn)生的磁環(huán)磁場時，浮子周圍的磁場發(fā)生變化，使由磁致伸縮材料制成的波導(dǎo)線在浮子所在的位置產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波脈沖，沿波導(dǎo)線以固定速度傳回，由檢出機(jī)構(gòu)檢出。浮子的位置可以通過測量脈沖電流和扭轉(zhuǎn)波的時差來準(zhǔn)確確定。

   
   

優(yōu)缺點(diǎn)：

   

磁伸縮液位計價格*，主要用于石油、化工原料儲存、生化、醫(yī)藥、食品飲料、大壩水位、水庫水位監(jiān)測和污水處理。近年來，一些業(yè)內(nèi)人士用于觀察建筑結(jié)構(gòu)的沉降。

   

磁致伸縮靜力水準(zhǔn)儀的測量精度為1mm，測量浮子的移動高度。液位的變化可以通過透明罐直觀地看到。

   

由于使用浮子，有移動部件，體積難以縮小，有些地方妨礙觀察，使用有限。范圍較有限，通常是100-200mm，大量程很難做到。

   

由于液位變化是通過磁場變化獲得的，因此抗電磁干擾能力較弱，不建議在電廠、高鐵接觸網(wǎng)和大型電力設(shè)備附近使用。

   

如果溫度變化較大，浮子內(nèi)空氣的體積變化會導(dǎo)致浮力變化，此時浮力會帶來較大的系統(tǒng)誤差。因此，適合在相同的溫度下進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。在晝夜溫度變化較大的地方，必須進(jìn)行保溫和保溫處理。

   
   

四、超聲靜力水平儀的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

   

原理：

   

超聲波靜態(tài)水平儀的基本原理與磁伸縮液位計相同。區(qū)別在于用超聲波測量液位的高度。超聲波信號通過安裝在儀器底部的超聲波探頭發(fā)出，并根據(jù)探頭接收到的反射回波的時差和超聲波在液體中的傳播速度反射到液體表面。0.01mm。

   
   

優(yōu)缺點(diǎn)：

   

超聲靜態(tài)水平儀的優(yōu)點(diǎn)是無機(jī)械活動裝置，傳感器不接觸液體，抗電磁干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是溫度變化很大。

   

超聲靜態(tài)水準(zhǔn)儀的基本原理與磁致伸縮水準(zhǔn)儀相同，因此體積大，安裝不便。

   

影響超聲波靜態(tài)水平儀的因素是液體表面和內(nèi)部的氣泡和懸浮物，導(dǎo)致反射混亂和測量誤差。使用時應(yīng)采取保溫措施，避免太陽引起的液體蒸發(fā)和氣泡。

   

此外，超聲靜力水平儀的量程較小，通常只有50-300mm。在安裝和使用過程中，位置要求較高，需要手動使用水平儀進(jìn)行復(fù)制，靜態(tài)水平儀安裝在同一水平，以盡可能使用有限的范圍。

   

超聲靜態(tài)水平儀是一種精密精致的儀器，對使用環(huán)境要求高，適用于室內(nèi)使用，如環(huán)境溫度變化小、液體介質(zhì)控制實(shí)驗(yàn)室等科研機(jī)構(gòu)。它很少用于戶外建筑工地和其他項(xiàng)目。

   

五、壓差靜態(tài)水平儀的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

           壓差靜態(tài)水平儀用壓力傳感器測量液體壓力的變化，然后除以液體密度和重力加速度。因此，關(guān)鍵指標(biāo)高度依賴于壓力傳感器和計算MCU還有算法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測量液體壓力的傳感器不斷出現(xiàn)，如擴(kuò)散硅MEMS固態(tài)傳感器體積小，*，數(shù)字化，易于和解MCU集成等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，數(shù)字壓力傳感器也被廣泛應(yīng)用于靜態(tài)水平儀器中。 壓差靜態(tài)水平儀采用帕斯卡原理，液體壓力僅與液體表面高度有關(guān)，因此體積非常小，易于安裝和使用。壓差靜態(tài)水平儀通常使用擴(kuò)散硅壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)壓力測量。因此，可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)姆秶途?。通常，壓力傳感器的精?.01%FS。例如，1米的量程精度為1mm，分辨率為0.1mm。需要注意的是，有些企業(yè)為了某些目的，標(biāo)記的精度是分辨率，有些企業(yè)甚至不知道精度的意義，直接標(biāo)記分辨率。 靜態(tài)水平儀使用水作為介質(zhì)，對溫度非常敏感。如低溫*結(jié)冰，高溫*膨脹等。需要采取防凍保溫措施。例如，在低溫環(huán)境中使用防凍劑。在高溫下，使用絕緣泡沫材料進(jìn)行絕緣，以避免溫差過大。
   

六、小結(jié)

           以上類型的靜態(tài)水平儀采用連接器原理，當(dāng)管道和容器中的液體達(dá)到液位平衡時，實(shí)現(xiàn)液位測量。由于流動水具有慣性、粘度和溫差，必須在水完全停止流動后準(zhǔn)確測量，系統(tǒng)溫度趨于一致，否則會導(dǎo)致嚴(yán)重的數(shù)據(jù)波動，導(dǎo)致頻繁的誤報。如果測量對象具有外力、振動、管道長、系列測量點(diǎn)多，水面需要很長時間才能完全平靜，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時、準(zhǔn)確的動態(tài)位移測量。 下圖顯示了鐵路隧道路基側(cè)墻沉降的數(shù)據(jù)曲線圖。紅色表示測量點(diǎn)的垂直位移數(shù)據(jù)曲線，黑點(diǎn)表示雷達(dá)檢測到列車通過時自動標(biāo)記的數(shù)據(jù)曲線。 從圖中的數(shù)據(jù)曲線可以看出，當(dāng)列車通過時，數(shù)據(jù)顯示側(cè)墻有厘米級的沉降，并在列車離開后反彈到原始位置，這與現(xiàn)場的實(shí)際情況完全不一致。如果設(shè)置了報警閾值，則不會導(dǎo)致非常規(guī)的靜態(tài)報警。 當(dāng)時，如果列車通過時，則不能使用雷達(dá)檢測到傳感器檢測到靜態(tài)閾值。
   

七、動力水平儀的原理及優(yōu)缺點(diǎn)

   

隨著結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測要求的不斷提高，對垂直位移的測量也有了新的要求。如橋梁動態(tài)撓度、列車通過時軌道垂直位移變化、高壓灌漿 路基隆起、管廊架空施工時撓度動態(tài)補(bǔ)償?shù)取?/p>    

   

壓力傳感器、加速度傳感器、傾斜角 度傳感器、溫度傳感器硬件采集數(shù)據(jù)嵌入同一外殼，高性能MCU運(yùn)行實(shí)現(xiàn) 多傳感器數(shù)據(jù)集成算法，實(shí)時計算和補(bǔ)償液體的流動慣性、粘性阻尼和 溫度，以獲得高精度、高頻率的垂直位移。

   
   

靜力水準(zhǔn)儀和動力水準(zhǔn)儀在同一環(huán)境下的性能對比試驗(yàn):

   

將靜態(tài)水平儀和動力水平儀牢牢地困在一起。在臺面靜止5秒后，將其撿起并放置到高度130mm在盒子上，10秒后從盒子上推下，落回臺面。

   

從下面的數(shù)據(jù)可以看出，從拿起、放置、跌落到桌子后的反彈和靜態(tài)過程。靜態(tài)水平儀的數(shù)據(jù)在靜態(tài)一段時間后趨于穩(wěn)定，但在振動時，數(shù)據(jù)波動很大，甚至完全扭曲。動力水平儀的性能令人滿意。傳感器從桌子到盒子的光滑位移曲線與實(shí)際過程完全一致。

   

從數(shù)據(jù)對比圖可以看出，靜態(tài)水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)在相同條件下波動很大，而動力水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)曲線光滑，準(zhǔn)確還原了測點(diǎn)的移動過程。

   

由此可見，動力水平儀可以克服靜力水平儀的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)位移的高精度準(zhǔn)確測量。

   

吳興新一光測給儀器經(jīng)營部專注于湖州水準(zhǔn)儀,湖州測繪儀器,湖州全站儀,湖州水準(zhǔn)儀經(jīng)銷商,湖州全站儀經(jīng)銷商等

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