引言

　　隨著我國(guó)改革開放的進(jìn)一步深化，各類建設(shè)工程的新建、改建、擴(kuò)建、加固等一系列工程中，工程檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量的好壞，則成為重中之重，廣大建設(shè)科技人員，針對(duì)如何進(jìn)行工程檢(監(jiān))測(cè)中，存在的一系列技術(shù)難題做出了各自的努力與貢獻(xiàn)，在國(guó)內(nèi)外大量高新科技創(chuàng)新大發(fā)展的大潮流中，提出了人工智能、大數(shù)據(jù)、5G、互聯(lián)網(wǎng)、伩息自動(dòng)化，綠色建筑檢(監(jiān))測(cè)新時(shí)代已將來到，人們對(duì)檢(監(jiān))測(cè)從模擬化到數(shù)字化到虛擬儀器到無線“無人試驗(yàn)”，將成為歷史的需要和可能，本文就影響工程檢（監(jiān)）測(cè)的質(zhì)量因素和工程應(yīng)用實(shí)例，對(duì)如何提高工程檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量問題進(jìn)行了研究與探索，希望能引起廣大科研院所、大學(xué)、各省市計(jì)量院所，國(guó)家各檢(監(jiān))測(cè)(站)單位對(duì)提高工程檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量的重視和關(guān)注，供正在或今后擬進(jìn)行工程檢（監(jiān)）測(cè)試驗(yàn)研究與探索的同行們共同研究探索和分享。

　　1 工程檢（監(jiān)）測(cè)質(zhì)量的研究?jī)?nèi)容

　　1.1影響工程檢（監(jiān)）測(cè)質(zhì)量的幾個(gè)主要技術(shù)難題

　　1.1.1 長(zhǎng)期耐濕度和防水性能，有的還需要埋入混凝土內(nèi)部，或有一定深度的水下能正常工作；

　　1.1.2 適應(yīng)氣溫變化范圍大，一般為-30～80度，甚至在幾百度高溫下；

　　1.1.3 抗電磁波、強(qiáng)電磁場(chǎng)及微電磁波干擾，甚至核福射能力；

　　1.1.4 靜態(tài)測(cè)試的長(zhǎng)年穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)測(cè)試的疲勞壽命；

　　1.1.5 抗風(fēng)性能如風(fēng)振、風(fēng)壓和風(fēng)速等。

　　1.2 解決工程檢（監(jiān)）測(cè)質(zhì)量中存在的技術(shù)難題

　　1.2.1 對(duì)傳感器的選用原則

　　1.2.1.1必須具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性和重復(fù)性好的由專業(yè)廠生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，如有智能型或復(fù)合型產(chǎn)品則更好，如應(yīng)變與溫度復(fù)合；

　　1.2.1.2 必須具有極高的輸出靈敏系數(shù)，又要有合適的量程范圍；

　　1.2.1.3 必須具有超低的頻率響應(yīng)和合適的動(dòng)態(tài)范圍，如從0.001-100kHz；

　　1.2.1.4 防護(hù)等級(jí)要高，如Ip67乃至在深水壓力下;

　　1.2.1.5 可適用工程檢（監(jiān)）測(cè)用傳感器的應(yīng)用舉例

　　可適合用于工程(尤其是長(zhǎng)期)檢（監(jiān)）測(cè)傳感器品種、規(guī)格、用途多樣，從目前國(guó)內(nèi)外大致有如下三種應(yīng)變傳感器比較通用，現(xiàn)分別介紹如下：

　　1.3.1 振弦應(yīng)變傳感器

　　它基本原理是選用優(yōu)質(zhì)金屬線材，固定在傳感器兩端點(diǎn)處，并給予一定的預(yù)拉力，然而當(dāng)由專用頻率測(cè)試儀，發(fā)出一個(gè)電磁信號(hào)，使振弦產(chǎn)生一個(gè)激振力，從而促使振弦應(yīng)變傳感器產(chǎn)生頻率信息變化，再由專用頻率測(cè)試儀，接收并用專用軟件以傳感器出廠時(shí)標(biāo)定系數(shù)及計(jì)算公式，加以采集顯示或由計(jì)算機(jī)，進(jìn)行存儲(chǔ)及打印記錄，測(cè)取應(yīng)變、壓力和位移等有用參數(shù)。科技人員很早就把它應(yīng)用在地基基礎(chǔ)和鋼筋砼表面或內(nèi)部作應(yīng)變測(cè)試傳感器之一，國(guó)內(nèi)外有關(guān)振弦應(yīng)變傳感器規(guī)格甚多，如選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，則可使用在長(zhǎng)期檢（監(jiān)）測(cè)之中，因此種產(chǎn)品使用時(shí)間較長(zhǎng)，如在地下工程檢（監(jiān)）測(cè)之中，在普通檢測(cè)工程中，應(yīng)用也較普及，其優(yōu)點(diǎn)是不受連接電纜電阻值影響，又可僅用單個(gè)采集儀，分別測(cè)定幾個(gè)到數(shù)十個(gè)測(cè)點(diǎn)，為此信價(jià)比較好，目前在頻率測(cè)試儀上，同時(shí)做成多通道進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試記錄，由于生產(chǎn)廠商提高了頻率測(cè)試分辨率（如可達(dá)0.01Hz），增加了專用分析軟件，從而測(cè)試精度和自動(dòng)化水平有所提高，但它主要的不足之處，是因?yàn)橛捎谒幕驹硭?，只能進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，而不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，從而也影響限制了此種傳感器的大量推廣和應(yīng)用的可能。

　　1.3.2 電阻應(yīng)變傳感器

　　它的基本原理是，首先采用粘貼在傳感器受力彈性元件上的，由專業(yè)工廠制造的低蠕變溫度自補(bǔ)償金屬絲式電阻應(yīng)變計(jì)的電阻效應(yīng)，即如（1）式表示：

　　R=ρL/F                                       （1）

　　式中：R--金屬絲柵的電阻值（Ω）；

　　Ρ--金屬絲柵的電阻率（Ω/mm2/m）；

　　L--金屬絲柵的長(zhǎng)度（m）；

　　F--金屬絲柵的橫截面面積（mm2）。

　　再利用電阻應(yīng)變計(jì)靈敏度系數(shù)K值，來實(shí)現(xiàn)非電量的相對(duì)應(yīng)變量（ε）轉(zhuǎn)換成為電阻量的相對(duì)變化量之比的關(guān)系式，如（2）式表示：

　　K=（△R/R）/（△L/L）              （2）

　　式中：K--電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)；

　　△R/R--電阻應(yīng)變計(jì)電阻與相對(duì)變化的電阻之比；

　　△L/L--被測(cè)試件受力后的相對(duì)變化量即ε。

　　利用電阻應(yīng)變電橋的橋臂和橋臂加減特性，把非電量的應(yīng)變量，轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)輸出，其電阻應(yīng)變電橋工作原理參見圖1所示。

 圖1 電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)變電橋工作原理圖

　　圖中：

　　R1，R2，R3和R4--電阻應(yīng)變電橋的4個(gè)橋臂電阻（Ω）；

　　U--電橋供橋電壓（V）；

　　U--電橋輸出電壓（mV）。

　　可得出電阻應(yīng)變電橋的電壓輸出關(guān)系式如（3）式所示：

　　△u=uK（ε1－ε2＋ε3－ε4）/4                （3）

　　式中：u--電橋供橋電壓V；

　　ε1，ε2，ε3和ε4--電橋4個(gè)橋臂相對(duì)應(yīng)變；

　　K--電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)。

　　當(dāng)傳感器采用全橋接法時(shí)，又根據(jù)貼片在彈性體上的受力機(jī)理，在已知ε1=ε2=ε3=ε4，且絕對(duì)值相等條件下，即其電壓輸出值△u為（4）式所示：

　　△u=uKε

　　電阻應(yīng)變傳感器，就是充分利用上述（1）～（4）式的相關(guān)關(guān)系，可分別計(jì)算出其輸出靈敏系數(shù)(Kn)比半橋獨(dú)立補(bǔ)償電橋提高了2倍、2（1+μ）倍或4倍，且溫度又得到了自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

　　各種電阻應(yīng)變傳感器的成功研制和批量工廠化生產(chǎn)，徹底改變了已有80多年歷史傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變計(jì)，只能使用一次和不能直接使用在環(huán)境條件惡劣的情況下，例如由同濟(jì)大學(xué)經(jīng)過多年研發(fā)，江蘇省溧陽市超源儀器廠生產(chǎn)的GBY型表面或HNY型砼內(nèi)部應(yīng)變傳感器，就具有極高的輸出靈敏系數(shù)(如s=10000με/mm)，又有合適的量程范圍(+-0.5mm) ，如當(dāng)標(biāo)距L=100mm時(shí)，其測(cè)試靈敏系數(shù)與直接粘貼式電阻應(yīng)變計(jì)所測(cè)應(yīng)變相等, 在設(shè)計(jì)制造應(yīng)變傳感器時(shí)，充分利用應(yīng)變電橋的橋臂系數(shù)(Kn)及溫度自補(bǔ)償技術(shù)，在加工時(shí)采用了嚴(yán)格的加工工藝，并經(jīng)過對(duì)傳感器元器多重老化和二次密封技術(shù)(如在傳感器內(nèi)充中性油)，再經(jīng)過嚴(yán)格的出廠標(biāo)定工序，我們選擇了不同規(guī)格成品，其中把HNY型砼內(nèi)部應(yīng)變傳感器直接浸在水中，已進(jìn)行了在室內(nèi)常溫的2000多天長(zhǎng)期試驗(yàn)，均能保持良好的穩(wěn)定性，認(rèn)為它可具有良好的長(zhǎng)期(年)穩(wěn)定性和可靠性，當(dāng)科技人員選用此種電阻應(yīng)變傳感器時(shí)，雖然一次性投入價(jià)格比單個(gè)電阻應(yīng)變計(jì)偏大，但只要注意對(duì)傳感器的正確使用和保護(hù)，如可以做到多次乃至無數(shù)次重復(fù)使用,再考慮到在工程現(xiàn)場(chǎng)直接粘貼電阻應(yīng)變計(jì)的繁雜操作(試件表面處理粘貼電阻應(yīng)變計(jì)粘貼接引出導(dǎo)線防潮密封等工序的繁復(fù)的強(qiáng)勞動(dòng)作業(yè)) 再?gòu)娜斯ぐ惭b的安全和成活程度的測(cè)試效果來講，其信價(jià)比顯得十分優(yōu)良。目前己有種類多樣，性能優(yōu)良的應(yīng)變、拉壓力、位移、傾角、度、扭矩、速度和加速度等物理參量的電阻應(yīng)變式傳感器，可在各項(xiàng)工程檢（監(jiān)）測(cè)中的傳感器產(chǎn)品之一，常用應(yīng)變式傳感器產(chǎn)品，請(qǐng)參見本文附錄表1 常用工程傳感器一覽表所示。

　　1.3.3 光學(xué)應(yīng)變傳感器

　　它的基本原理是利用光纖光柵的光學(xué)應(yīng)變計(jì)所制成的光學(xué)傳感器，在被檢測(cè)試件受力后，將會(huì)產(chǎn)生光學(xué)效應(yīng)，用于應(yīng)變測(cè)量是因?yàn)榉派潼c(diǎn)的距離和由于應(yīng)變導(dǎo)致的波長(zhǎng)的改變，其變化可由光學(xué)應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集及由專用軟件加以計(jì)算分析。由于光學(xué)測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，目前它可由一根光纖可帶13個(gè)光學(xué)應(yīng)變計(jì)，單個(gè)光纖又可以處理多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，它不受電纜長(zhǎng)度影響，安裝與使用，比傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變計(jì)更方便和快速，又可適用于高電磁和爆炸等惡劣環(huán)境下工作，從而可降低安裝和使用費(fèi)用。由于上述優(yōu)點(diǎn)，可獲得從力、位移、應(yīng)變、溫度、扭矩、速度和加速度等物理參量的高精度和可靠的數(shù)據(jù)，由于光學(xué)測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，又給工程檢（監(jiān)）測(cè)的試驗(yàn)研究提供了，全新理念的測(cè)試系統(tǒng)，值得今后不斷加以總結(jié)、推廣和應(yīng)用！唯獨(dú)目前光學(xué)應(yīng)變計(jì)和光學(xué)應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的價(jià)格十分昂貴，不是一般單位可輕易選用，相信在不久的將來，經(jīng)過產(chǎn)、學(xué)、研、用的共同合作，不斷的開發(fā)和創(chuàng)新，一定會(huì)出現(xiàn)價(jià)廉物美的光學(xué)測(cè)量產(chǎn)品，應(yīng)用在各類工程檢（監(jiān)）測(cè)之中。

　　1.4 重視信號(hào)放大(適配)器的選用，是確保工程檢（監(jiān)）測(cè)質(zhì)量的又一個(gè)關(guān)鍵之一，一般需注意如下幾點(diǎn)：

　　1.4.1 對(duì)所選用不同原理組成的傳感器時(shí)，應(yīng)正確選用由不同信號(hào)放大(適配)器相完全匹配，此時(shí)同樣需要優(yōu)先選用長(zhǎng)期穩(wěn)定和重復(fù)性能好的信號(hào)放大(適配)器；

　　1.4.2 靜態(tài)長(zhǎng)期穩(wěn)定性能好，又要考慮合適的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍，如0.01～100kHz或更大；

　　1.4.3 抗干擾性能好，尤其是對(duì)50Hz交流電場(chǎng)的干擾性，帶有高低通或選頻濾波功能更好。

　　1.5 對(duì)數(shù)采和測(cè)試分析系統(tǒng)的選擇要求如下：

　　1.5.1 與選用組成系統(tǒng)的不同型號(hào)的傳感器和信號(hào)適配器完全相匹配且兼容;

　　1.5.2 長(zhǎng)期靜態(tài)穩(wěn)定性能好和合適的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍;

　　1.5.3 采集和分析軟件功能齊全，具有邊采、邊存和邊傳輸，建議優(yōu)先選用具有遠(yuǎn)程測(cè)試和控制功能好的人工智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如帶有GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。

　　1.5.4 測(cè)試分析系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選用帶有無線測(cè)試人工智能化網(wǎng)絡(luò)技木

　　從整個(gè)測(cè)試分析系統(tǒng)來講，選用何種傳輸方法，應(yīng)根據(jù)工程的檢（監(jiān)）測(cè)的試驗(yàn)?zāi)康暮同F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求來定，有時(shí)候在施工期和營(yíng)運(yùn)期需要不同的數(shù)據(jù)傳輸模式。從目前科技水平來講，市場(chǎng)上可供無線檢測(cè)的測(cè)試分析系統(tǒng)，巳經(jīng)有了多品種多規(guī)格給大家選用，如江蘇東華測(cè)試科技股份有限公司、江蘇泰斯特電子設(shè)備制造有限公司、揚(yáng)州晶明科技有限公司、江蘇溧陽偉涵儀器廠等均已經(jīng)有了靜態(tài)、動(dòng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)無線測(cè)試分析系統(tǒng)上市，為此應(yīng)優(yōu)先選用技術(shù)先進(jìn)的無線傳輸技木，因?yàn)樗馊チ藗鞲衅髋c適配器或適配器與數(shù)采和測(cè)試分析系統(tǒng)連接電纜之間的大量的布線和回收的工作量，再可以防止各種電子干擾信號(hào)的帶入測(cè)試分析系統(tǒng)中，由江蘇溧陽偉涵儀器廠生產(chǎn)的GPRS網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)應(yīng)用，開創(chuàng)了把試驗(yàn)室試驗(yàn)遙傳到各自的辦公室成為現(xiàn)實(shí)，舉世囑目的上海中心大廈施工檢(監(jiān))測(cè)和江蘇泰州市文峰塔托換加固工程變形檢(監(jiān))測(cè)試驗(yàn)，是選用無線測(cè)試技術(shù)或是選用無線測(cè)試技術(shù)和有線數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試技術(shù)交替復(fù)用的典范，從而使有關(guān)工程檢（監(jiān)）測(cè)質(zhì)量有了可靠的應(yīng)用效果。

　　有關(guān)傳感器、放大器(適配器)和測(cè)試分析系統(tǒng)的基本組成，請(qǐng)參見本文附錄表2所示。

　　2 工程檢（監(jiān)）測(cè)的試驗(yàn)應(yīng)用實(shí)例

　　2.1 應(yīng)用實(shí)例之一，上海中心大廈結(jié)構(gòu)工程的長(zhǎng)期檢（監(jiān)）測(cè)研究

　　舉世矚目已建成的上海中心大廈，它由一幢124層塔樓（建筑高度632m，結(jié)構(gòu)高度580m）和一個(gè)7層商業(yè)裙房(高度38m) 組成，整個(gè)場(chǎng)地下設(shè)5層地下室，基礎(chǔ)埋深25.4m，塔樓采用巨型框架——核心筒-外伸臂結(jié)構(gòu)體系，設(shè)置了六道外伸臂桁架。鑒于上海中心大廈建筑的重要性及其結(jié)構(gòu)高度超限、樓層平面尺寸超限、樓層平面尺寸突變，世界上首次在超高層建筑安裝14萬㎡柔性幕墻等因素，除了事先已對(duì)全模型進(jìn)行了室內(nèi)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)外，還需進(jìn)行施工檢（監(jiān)）測(cè)，檢（監(jiān)）測(cè)就是采用了由琛圳生基科技有限公司生產(chǎn)的無線傳輸檢測(cè)新技木，大廈在整個(gè)施工全過程中，選用了埋設(shè)在各個(gè)受力部件上的數(shù)百個(gè)，多品種不同功能的傳感器與適配器和測(cè)試分析系統(tǒng)，用無線數(shù)采方式，不斷的向工程指揮部提供有效可靠數(shù)據(jù)，從而保證了施工安全，該測(cè)試分析系統(tǒng)，還將會(huì)繼續(xù)用于今后的工程長(zhǎng)期健康檢測(cè)之中，它還將發(fā)揮著確保工程長(zhǎng)期安全檢(監(jiān))測(cè)的重任，該長(zhǎng)期檢（監(jiān)）測(cè)的試驗(yàn)，終將會(huì)成為我國(guó)乃至世界大型土木結(jié)構(gòu)工程檢（監(jiān)）測(cè)的試驗(yàn)研究的典范之一。

　　2.2 應(yīng)用實(shí)例之二，江蘇泰州市文峰塔托換加固工程變形檢(監(jiān))測(cè)試驗(yàn)

　　2.2.1工程概況

圖2 江蘇省泰州市文峰塔全景

　　江蘇省泰州市文峰塔，總高 56.46m（室外地面至塔頂），平面呈規(guī)則的正八邊形，八層，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，泥漿護(hù)壁鉆孔樁基礎(chǔ)，2015 年開始建造，目前新建主體結(jié)構(gòu)已封頂，但工程尚未完全竣工，如圖2所示。

　　業(yè)主為了塔體今后運(yùn)行方便，擬拆除-4.900 至-0.050 標(biāo)高范圍內(nèi)塔平面中心處大型圓柱一根，拆除部分樓層樓板等，故需對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的托換加固處理。拔柱施工總體流程和加固方式、拔柱施工總體流程見圖3所示。

　　拔柱前先對(duì)既有結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行擴(kuò)大截面加固，新增鋼骨混凝土托換結(jié)構(gòu)以及托換體系前的臨時(shí)支撐，逐步削弱中心柱截面最后實(shí)現(xiàn)切割。該加固方式的特點(diǎn)是，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)空間小，復(fù)雜工藝多，主要技術(shù)為托梁抽柱。抽柱過程中的監(jiān)控和預(yù)案十分重要泰州市南山寺恢復(fù)建設(shè)工程文峰塔拔柱改造工程托換施工監(jiān)測(cè)由上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)進(jìn)行。

　　2.2.2現(xiàn)場(chǎng)檢(監(jiān))測(cè)方法介紹

　　2.2.2.1拔柱施工工程檢(監(jiān))測(cè)目的

　　為保障文峰塔拔柱改造工程托換施工的安全，系統(tǒng)地了解所有檢(監(jiān))測(cè)對(duì)象，在整個(gè)施工工程中的位移、變形、受力等情況，為工程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工提供所需的數(shù)據(jù)，包括：位移和變形監(jiān)測(cè)（中心柱托換時(shí)對(duì)鋼支撐進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測(cè)、中心柱削弱過程中柱的應(yīng)力監(jiān)測(cè)、上部梁、板變形監(jiān)測(cè)）、動(dòng)力特性測(cè)試、振動(dòng)加速度監(jiān)測(cè)、房屋沉降變形與變形監(jiān)測(cè)及關(guān)鍵部位與薄弱處裂縫觀測(cè)等。

　　2.2.2.2選用測(cè)試系統(tǒng)如下：

　　工程檢(監(jiān))測(cè)系統(tǒng)，由傳感器、數(shù)據(jù)采集及無線傳輸和數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)三部分組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成示意如圖 3所示。圖4為靜力水準(zhǔn)儀。在建筑物整體姿態(tài)關(guān)鍵部位布置若干個(gè)固定式雙軸測(cè)斜儀，通過實(shí)時(shí)的傾斜值反映建筑物南北向、東西向的傾斜變化。以光學(xué)測(cè)量方法測(cè)出的傾斜率作為初始值，由此可得出實(shí)時(shí)的傾斜率值。圖 5 為雙軸測(cè)斜儀，應(yīng)變測(cè)量采用 GBY-100 型高靈敏應(yīng)變傳感器，圖6為應(yīng)變傳感器，撓度測(cè)量采用位移計(jì)，如圖7所示。

圖 3  拔柱施工總體流程圖 

圖4 靜力水準(zhǔn)儀照片   

圖5 雙軸測(cè)斜儀照片 

圖6 GBY-100型高靈敏度應(yīng)變傳感器照片 

圖7 YWC-50型位移傳感器照片

　　動(dòng)力監(jiān)測(cè)部分采用的儀器設(shè)備主要包括：①Lance LC0132T 高靈敏度壓電式加速度傳感器；②數(shù)字采集儀；③各種長(zhǎng)度的信號(hào)線；④數(shù)據(jù)采集終端（筆記本電腦），其中監(jiān)測(cè)所使用的傳感器為內(nèi)裝微型 IC 放大器的壓電加速度傳感器，如圖8（a）所示，該加速度計(jì)靈敏度較高，測(cè)試頻率范圍為 0.05～500Hz，其量程為0.1g；數(shù)字采集儀型號(hào)為L(zhǎng)abview NI 9234，一共有4個(gè)采集通道，運(yùn)行環(huán)境溫度為-20℃～55℃，如圖8（b）所示。(a)加速度傳感器，(b)動(dòng)力采集儀，圖9動(dòng)力測(cè)試用儀器，數(shù)據(jù)采集及無線傳輸系統(tǒng)采用CY-G16R 型數(shù)據(jù)采集單元，對(duì)傳感器系統(tǒng)采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集和匯總。

　　圖8 動(dòng)力測(cè)試用儀器照片

　　圖9 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)照片

　　總線控制單元用于控制數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集，局域無線數(shù)據(jù)傳輸單元用于多個(gè)數(shù)據(jù)采集單元間的組網(wǎng)傳輸，遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸單元通過由江蘇省溧陽市偉涵儀器廠生產(chǎn)的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)用于傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，短信報(bào)警單元可根據(jù)用戶設(shè)置的報(bào)警值及時(shí)發(fā)送監(jiān)測(cè)報(bào)警，數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)將采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總后無線傳輸?shù)叫畔⒐芾碇行牡闹骺赜?jì)算機(jī)內(nèi)。圖9為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的所有單元模塊。

　　數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)信息管理中心主控計(jì)算機(jī)接收到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，接下來進(jìn)行整理、計(jì)算和分析，并繪制各種表格及曲線。同時(shí)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，信息管理中心通過公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳輸?shù)较嚓P(guān)單位，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳送，必要時(shí)進(jìn)行預(yù)警或發(fā)布警報(bào)。相關(guān)單位根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況，決定是否需要調(diào)整施工步驟及采取相應(yīng)的控制措施，以實(shí)現(xiàn)建筑物傾斜變形的動(dòng)態(tài)控制，確保結(jié)構(gòu)安全和工程正常進(jìn)行，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)由傳感器拾到后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸?shù)讲杉K端，通過分析加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，可以獲得結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，如頻率、振型和阻尼比，其中頻率是結(jié)構(gòu)的固有屬性，反映了結(jié)構(gòu)在激勵(lì)作用下的動(dòng)力性質(zhì)，如果激勵(lì)與結(jié)構(gòu)固有頻率接近，就容易發(fā)生共振；振型反映了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度沿結(jié)構(gòu)高度的分配，同時(shí)也反映了結(jié)構(gòu)的邊界條件；阻尼比反映了結(jié)構(gòu)的耗能能力。

　　2.3 文峰塔改造施工期間局部檢(監(jiān))測(cè)結(jié)果如下：

　　2.3.1沉降，在檢(監(jiān))測(cè)期間沉降均較小，最大累計(jì)沉降 1.89mm, 發(fā)生在樓面中心區(qū)切割期間，均未達(dá)到預(yù)警值，目前沉降均趨穩(wěn)定。

　　2.3.2傾斜，傾斜最大累計(jì)增量為-0.4570‰，施工期間傾斜變化量均較小，未達(dá)預(yù)警值。

　　2.3.3撓度，從2018年8月8日至2018年8月13持續(xù)監(jiān)測(cè)6日，托梁日均增量最大值 3.92mm, 累計(jì)增量最大值 3.92mm. 監(jiān)測(cè)均未達(dá)到預(yù)警值。

　　2.3.4動(dòng)態(tài)檢(監(jiān))測(cè)動(dòng)力特性監(jiān)測(cè)結(jié)果如下，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率變化幅度都在 5%的安全范圍，最后切割過程中頻率變化也在安全范圍內(nèi)，未達(dá)預(yù)警值。

　　文峰塔改造施工期間局部檢(監(jiān))測(cè)結(jié)論是，從上述4項(xiàng)檢(監(jiān))測(cè)數(shù)據(jù)得出，整個(gè)改造施工期間局部檢(監(jiān))測(cè)結(jié)果有效，文峰塔改造施工期間工程安全。

　　3提高工程檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量的探索

　　為確保各項(xiàng)工程檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量，特作如下建議，僅供同行共同探索和參考。

　　3.1 必須根據(jù)工程檢(監(jiān))測(cè)目的要求，在對(duì)被檢工程充分調(diào)研下，制訂出一個(gè)全面的且切實(shí)可行的試驗(yàn)方案，方案中必須包含：根據(jù)施工場(chǎng)地和自然環(huán)境條件，是長(zhǎng)期還是短期檢測(cè)，加載（卸載）步驟，測(cè)點(diǎn)布置及全過程測(cè)試程序，從傳感器、放大器和數(shù)采測(cè)試分析系統(tǒng)的選配等直到報(bào)告的一次生成，經(jīng)驗(yàn)告訴我們，任何一個(gè)理想的試驗(yàn)，首先取決于一個(gè)十分周全正確的試驗(yàn)方案，對(duì)于重大工程檢(監(jiān))測(cè)項(xiàng)目，必須組職有關(guān)專家對(duì)方案的評(píng)審，只有專家評(píng)審?fù)ㄟ^后，才能進(jìn)行立項(xiàng)試驗(yàn)。

　　3.2 正確選用適合的傳感器，除了正確選用輸出靈敏系數(shù)高和量程范圍適中的產(chǎn)品外，更應(yīng)十分注意它的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和重復(fù)性好，尤其對(duì)某些重大工程或需作長(zhǎng)期健康性能檢測(cè)的項(xiàng)目更為顯得重要。為減少直接粘貼式的電阻應(yīng)變計(jì)的繁瑣復(fù)雜的操作過程，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件極差的場(chǎng)合下，擬優(yōu)先選用由專業(yè)工廠生產(chǎn)，性能優(yōu)良，操作方便，且可以長(zhǎng)期重復(fù)使用的工具式應(yīng)變傳感器，如由江蘇溧陽市超塬儀器廠生產(chǎn)的專利產(chǎn)品GBY型工具式表面或HNY型砼內(nèi)埋應(yīng)變傳感器等。

　　3.3 采用測(cè)試“系統(tǒng)標(biāo)定方法”，來提高工程檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量，除了事先對(duì)被選用的傳感器、放大器和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中的每個(gè)組成部分，是否具有生產(chǎn)許可證和出廠合格證之外，還應(yīng)分別選項(xiàng)抽檢，了解其主要性能，是否符合某項(xiàng)檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量的要求，為了檢定系統(tǒng)性能是否符合要求，則一般還應(yīng)采用“系統(tǒng)標(biāo)定法”，來確定系統(tǒng)的計(jì)量精度，所謂“系統(tǒng)標(biāo)定法”，就是采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具，在傳感器端處，給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量值，然后在終端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處，測(cè)得一個(gè)相應(yīng)數(shù)值，再求出其系統(tǒng)總的靈敏系數(shù)和線性，如對(duì)于位移傳感器，則可在位移傳感器端處，給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，如1.00mm，此時(shí)在數(shù)采系統(tǒng)處測(cè)得為10.00mm，則其位移總放大了10倍，采用此種“系統(tǒng)標(biāo)定法”，因它們之間可自動(dòng)抵消了各部件甚至包含長(zhǎng)導(dǎo)線電阻阻值等影響所產(chǎn)生的誤差，而且數(shù)值也顯得十分直觀，即不必要再經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算，而可直接測(cè)得所需物理量值，顯得更直接更精準(zhǔn)好用，從而使測(cè)試精度會(huì)更高。

　　3.4 采用“虛擬零點(diǎn)法” 來隨時(shí)確認(rèn)以傳感器為主的數(shù)采分析系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期可靠和正確性，所謂“虛擬零點(diǎn)”，即在測(cè)試系統(tǒng)中，選用一個(gè)與工作測(cè)點(diǎn)環(huán)境“完全相似”的條件，但是它唯獨(dú)不處在受力狀態(tài)情況下，例如在選用HNY型砼內(nèi)埋式應(yīng)變傳感器，來測(cè)定砼內(nèi)部應(yīng)變時(shí)，除了在被試焊件內(nèi)設(shè)置傳感器測(cè)點(diǎn)外，另還將把一個(gè)同型號(hào)傳感器，埋入一個(gè)相同砼標(biāo)號(hào)的砼塊體內(nèi)（有條件可埋設(shè)在梁體的中和軸或梁端部不受內(nèi)外力作用的相同試件體中，作為“虛擬零點(diǎn)”）, 用它僅僅作為“零點(diǎn)”測(cè)試點(diǎn)，采用這一技術(shù)措施,不僅可以隨時(shí)檢(監(jiān))測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的所測(cè)數(shù)據(jù)的正確性, 當(dāng)有必要時(shí)，還可作為檢(監(jiān))測(cè)時(shí)的修正數(shù)據(jù)的依據(jù)之一，從而確保工程檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量水平。

　　3.5 盡量選用人工智能型或具有前置電壓（電流）輸出的復(fù)合型傳感器，例如智能型振弦應(yīng)變傳感器，當(dāng)需要時(shí)，測(cè)試人員只要操作一下，就能知道傳感器所在點(diǎn)位和標(biāo)定值，可利用測(cè)試分析系統(tǒng)的軟件功能，就很方便的檢查到測(cè)試數(shù)據(jù)的運(yùn)行狀態(tài)，尤其進(jìn)行工程長(zhǎng)期檢(監(jiān)) 測(cè)時(shí)，工程檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量會(huì)有了保證。

　　3.6 采用測(cè)試系統(tǒng)中自動(dòng)增益技術(shù)，來提高傳感器與測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度，例如選用GBY-100型應(yīng)變傳感器進(jìn)行長(zhǎng)期檢(監(jiān))測(cè)的全過程測(cè)試時(shí)，因它有極高的輸出靈敏度，又要滿足大量程要求，客觀上是一個(gè)很難解決的矛盾，對(duì)此人們采用了由后接數(shù)采分析系統(tǒng)中，所具有的自動(dòng)增益功能，即當(dāng)要求小信號(hào)時(shí)的高靈敏時(shí)，放大器增益提高，而當(dāng)達(dá)到一定量程范圍時(shí)，則由放大器自動(dòng)降低增益來滿足大的量程檢測(cè)要求，這在做長(zhǎng)期工程檢(監(jiān))測(cè)時(shí)，如遇上非常時(shí)期（如沖擊、爆炸或地震等突發(fā)事件），采用這種技術(shù)將不會(huì)因信號(hào)過載溢出而丟失有用數(shù)據(jù)，從而可確保獲得十分良好的測(cè)試效果，從而確保了工程檢(監(jiān))測(cè)質(zhì)量。

　　3.7 優(yōu)先選用高新科技成果的成熟系統(tǒng)成套產(chǎn)品，對(duì)于傳感器，則選用性能優(yōu)良的且由工廠化批量生產(chǎn)的人工智能復(fù)合型產(chǎn)品如應(yīng)變與溫度，對(duì)于信號(hào)放大器(適配器)則選甪性能穩(wěn)定且完全可匹配多功能產(chǎn)品，對(duì)于數(shù)采系統(tǒng)，則優(yōu)先選用人工智能化互聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延，大帶寬的特點(diǎn)，尤其是捕捉瞬間動(dòng)態(tài)大數(shù)據(jù)變化，現(xiàn)已市場(chǎng)化的GPRS無線傳輸網(wǎng)絡(luò)及分散式多測(cè)點(diǎn)高速數(shù)采系統(tǒng)等，可實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室拎著走，既可進(jìn)行試驗(yàn)室試驗(yàn)，又可實(shí)現(xiàn)任何遠(yuǎn)程測(cè)控，不僅可減少測(cè)試工本，和分析系統(tǒng)則需要配置軟件功能齊全的產(chǎn)品，詳細(xì)可參見本文的附錄2 通用工程檢（監(jiān)）測(cè)試分析系統(tǒng)表。

　　綜上所述，人們?yōu)榱艘岣吖こ痰臋z（監(jiān)）測(cè)質(zhì)量技術(shù)水平，首先要結(jié)合工程實(shí)際情況制訂一個(gè)考慮十分周全，技術(shù)措施得當(dāng)，是成功關(guān)鍵之一。而正確選用各種性能良好，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的各種類型傳感器與其相互匹配的適配器和數(shù)采測(cè)試分析系統(tǒng)是成功關(guān)鍵之二。而成功之三應(yīng)是得到國(guó)家科研院所、大中專院校、國(guó)家計(jì)量院所、檢監(jiān)測(cè)中心(站)等單位的努力共同重視，走產(chǎn)、學(xué)、研、用道路，更重要的要有一批專心熱愛檢（監(jiān)）測(cè)事業(yè)的且相對(duì)穩(wěn)定的有高技術(shù)水平素質(zhì)的檢測(cè)人員，只有通過他們辛勤勞動(dòng)，今后將在國(guó)家不斷深化改革開放政策引領(lǐng)下，不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，工程檢（監(jiān)）測(cè)質(zhì)量，一定會(huì)有更可靠的保證，將會(huì)為國(guó)家各項(xiàng)重大建設(shè)工程作出更大的貢獻(xiàn)！

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] GB/T13992-92金屬粘貼式電阻應(yīng)變計(jì)(S)北京.中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社.

　　[2] JJG623-2005電阻應(yīng)變儀檢定規(guī)程(S) 北京.中國(guó)計(jì)量出版社 2005.

　　[3] 江蘇溧陽市超源儀器廠，產(chǎn)品指南(S)2016.04.

　　[4] 江蘇溧陽市偉涵儀器廠，產(chǎn)品指南(S) 2017.02.

　　[5] 江蘇泰斯特電子設(shè)備制造有限公司，產(chǎn)品綜合樣本，2013年元月.

　　[6] 李炳生,湯海林,張其林,結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與加載檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用, 同濟(jì)大學(xué)土木 工程學(xué)院，同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程師,2011年增刊P69-75.

　　[7] 李炳生.動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)的綜合修正系數(shù)(K)的計(jì)算方法,  2011.05.

　　[8] 上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司，江蘇泰州市文峰塔托換加固工程變形檢(監(jiān))測(cè)試驗(yàn)，2018.10.

　　[9] 儀多多主辦的“第十一屆全國(guó)工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)發(fā)展論壇暨建設(shè)工程檢測(cè)設(shè)備展覽會(huì)”，2019.04.18-21中國(guó).廣州市.

　　[10] 上海中心大廈結(jié)構(gòu)模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究方案(R).同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，2010.04.

　　[11] 上海邑成測(cè)試設(shè)備有限公司，產(chǎn)品與服務(wù)綜合目錄，2018.10.

　　[12] 歐美大地儀器設(shè)備中國(guó)有限公司，先進(jìn)土木工程高科技檢測(cè)儀器及設(shè)備，2010.10.

　　[13] 江蘇東華測(cè)試科技股份有限公司，產(chǎn)品指南，2010.05.

　　[14] 靖江市成孚電子有限公司，產(chǎn)品指南，2018.05.

　　[15] 李炳生，應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用和提高計(jì)量檢測(cè)精度的技術(shù)問題，工程質(zhì)量與檢測(cè)2012.第一期，P6-8.

　　[16] 李炳生，電阻應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)，工程質(zhì)量與檢測(cè)2012.第四期，P11-14.

　　[17] 李炳生，陳愛忠，洪偉.大型土木結(jié)構(gòu)工程長(zhǎng)期檢(監(jiān))測(cè)的試驗(yàn)研究與探索，工程質(zhì)量與檢測(cè)2014.第一期，P11-15.

　　[18] 現(xiàn)代電阻應(yīng)變計(jì)、應(yīng)變傳感器與測(cè)試分析系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的應(yīng)用和創(chuàng)新，第五屆土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測(cè)技術(shù)暨結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會(huì)論文集2016.07.P60-67.

　　[19] 李炳生.混凝土力學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng)研制和應(yīng)用，工程質(zhì)量與檢測(cè)2013.第一期，P13-15.

　　[20] 胡志凌,李炳生,胡敬禮.傳感器在建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的應(yīng)用和如何提高計(jì)量測(cè)試精度的技術(shù)問題，電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2007年第21卷P695-600.

　　[21] 李炳生,李斌,曹文清.電阻應(yīng)變式傳感器在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的應(yīng)用新技術(shù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與加載檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用, 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程師, 2011年增刊 P255-259.

　　[22] 江蘇楊州晶明科技有限公司，產(chǎn)品指南(S)(電子稿) 2017.12.

　　[23] 江蘇溧陽市金誠(chéng)測(cè)試儀器廠，產(chǎn)品指南(電子稿)(S) 2018.02.

　　[24] 范佩芳,李炳生.從動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)的發(fā)展談?dòng)嘘P(guān)計(jì)量檢定規(guī)程的制修訂(J).中國(guó)計(jì)量，2003.(8).

　　[25] 范佩芳,李炳生.從電阻應(yīng)變儀新老檢定規(guī)程的對(duì)比看新規(guī)程的進(jìn)步(J).中國(guó)計(jì)量，2006.(8):66-67.

　　[26] 26靖江市成孚電子有限公司，產(chǎn)品指南(S).2018.05.

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