振弦式表面应变计（参数识别）

遵循标准

GB/T 3408.2-2008 《大坝监测仪器应变计》

GB/T 15406-2007 《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》

GB/T 24105-2009 《岩土工程仪器基本环境试验条件及方法》

GB/T 13606-2007 《岩土工程仪器 振弦式传感器通用技术条件》

SL 530-2012 《大坝安全检测仪器检验测试规程》

DL/T 1271-2013 《钢弦式监测仪器鉴定技术规程》

GB/T21029-2007《岩土工程仪器系列型谱》

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1、产品用途

VWS-10F型振弦式表面应变计适用于长期布设在水工结构物或其它结构物的表面，测量结构物表面的应变量，并可同步测量布设点的温度。

振弦式表面应变计弹性模量小，与被测结构物的随动性好，测量中不会干扰原应力场，包含式设计,全不锈钢结构，安装简单使用可靠，并可回收重复使用。振弦式表面应变计具有智能识别功能。

2、技术参数

注：频率模数F=Hz2×10-3

3、产品结构

VWS-10F型振弦式表面应变计由应变计、安装夹具、观测电缆等组成。

4、工作原理

当被测结构物发生变形，将带动表面应变计变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出结构物的应变量。同步测量埋设点的温度值。

5、计算方法

a) 当外界温度恒定表面应变计仅受到轴向变形时，其应变量ε与输出的频率模数△F具有如下线性关系：             

ε= k×△F

△F = F - F₀

式中：ε—表面应变计的测量值，单位为10^-6；

     k—表面应变计的测量灵敏度，单位为10^-6/F；

     △F—表面应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；

     F—表面应变计的实时测量值，单位为F；     

     F₀—表面应变计的基准值，单位为F。

b) 当表面应变计不受外力作用时(仪器两端标距不变)，而温度增加△T时，表面应变计有输出量△F´，这个输出量是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。

实验可知△F´与△T具有如下线性关系：

ε´= k×△F´+ b×△T = 0

k△F´= - b×△T

△T = T - T₀

式中：b—表面应变计的温度修正系数，单位为10^-6/℃；

    △T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；

    T—温度的实时测量值，单位为℃；

    T₀—温度的基准值，单位为℃。

c) 布设在混凝土结构物或其它结构物表面的表面应变计，受到的是变形和温度的双重作用，此时的温度修正系数为表面应变计的温度修正系数与结构物的线膨胀系数之差，因此表面应变计一般计算公式为：

εm = k×△F + b´×△T = k×(F - F0) + (b-α)×(T - T₀)

式中：εm—被测结构物的应变量，单位为10^-6；

    α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10^-6／℃；

    混凝土的线膨胀系数通常取值为：α≈8～12×10^-6/℃。

d) 表面应变计的计算工程值乘以被测物的弹模可得被测物的应力。

    σ=(k×(F-F₀) + (b-α)×(T-T₀))×E

6、安装

表面应变计的安装分为两步完成，首先安装夹具，第二步安装表面应变计。

表面应变计安装示意图

7、测量

现场测量表面应变计用VW-102A型读数仪，将测量线一头连接读数仪，测量线另一头的各色夹子对应连接表面应变计的输出电缆， 黑、红测频率，白、绿测温度。表面应变计内附有智能识别芯片，其内存贮有该表面应变计的编号、标定系数K、温度修正系数b等信息。用读数仪测量时会自动将识别信息读出，顺序存入读数仪内，通讯给计算机，方便快速统计计算及查询，使测量工作实现人工智能无纸化操作。

工程现场多支表面应变计电缆被意外挖断，仅用读数仪测量一遍，就可自动识别出每支表面应变计所对应的编号及身份信息。

8、产品故障检查

当表面应变计测量出现故障时，可用万用表检查表面应变计电缆芯线间的电阻值，其正常状况红、黑芯线电阻值通常为300Ω左右；绿、白芯线电阻值在温度25℃时应为3kΩ左右；红、黑线对绿、白线或对屏蔽线(裸线)间绝缘电阻值应﹥50MΩ(测量绝缘电阻时可使用100V 直流兆欧表，万用表测量绝缘电阻应用MΩ档，其值应为无穷大∞)。

9、电缆故障检查

表面应变计电缆接长用型号为YSPT－4水工专用观测电缆，其电缆电阻值约为45Ω/km左右。

9.1 用万用表测量(黑、红芯线)的电阻值：正常情况为300Ω左右，再加上电缆的电阻值。

a) 如果电阻测值正常，可能仪器损坏或进水；

b) 如果电阻测值非常大或无穷大，电缆或接头断路；

c) 如果电阻测值非常小，电缆或接头短路。其表现为读数仪测量不出频率值。

9.2 用万用表测量(白、绿芯线)的电阻值：正常情况在温度25℃时应为3kΩ左右，再加上电缆的电阻值。

a) 如果电阻测值正常，请检查读数仪及其测量连接线；

b) 如果电阻测值非常大或无穷大，电缆或接头断路；

c) 如果电阻测值非常小，电缆或接头短路。

其表现为读数仪测量不出温度值。

9.3 用100V 直流兆欧表或万用表测量表面应变计电缆芯线(红、黑线对地线，白、绿线对地线，红、黑线对白、绿线)的电阻值，其测值如果很小﹤5MΩ，可能电缆接头进水短路。

其表现为读数仪测量正常，MCU-32型分布式模块自动测量单元测量频率值可能会引起测值不稳，测量温度值将比正常值偏低10～20℃左右。

10、故障说明

a) 将屏蔽线并接到读数仪测量线的黑线夹子上；

b) 可能电缆接头处进水，将其剪掉，重新连接；

c) 确定表面应变计的频率范围，正确选择读数仪的激励类型；

d) 确定表面应变计的温度电阻基值，正确选择读数仪的电阻基值；

e) 检查附近是否有干扰源，如电动机、发电机、天线或交流动力电缆，远离上述干扰源。

11、注意事项

表面应变计安装就位前、后应及时测量频率和温度值，根据表面应变计编号和设计编号作好记录并存档，特别注意保护表面应变计信号引出电缆。

12、验收与保管

用户开箱验收仪器，应先检查仪器的数量(包括附件)及出厂检验合格证等是否与装箱清单相符。开箱后每支仪器应先用100V兆欧表量测电路与密封壳体之间的绝缘电阻，其测值应满足绝缘电阻规定要求。验收时每支仪器应用读数仪测量，检查仪器是否正常。仪器应保管在干燥、通风的房间中。

13、附言

VWS-10F型振弦式表面应变计自出厂之日起壹年内，如性能低于技术条件要求且系属产品质量问题，本公司负责免费维修或更换(若因现场防雷系统不完善遭遇强雷电等不可抗力所造成的损坏不在其例）。