馮寶順
【摘?要】一些設備在使用過程中其所承受的力在不斷的發生著變化,又或者是固定不變但是隨著時間的推移鋼結構本身發生著變化,如腐蝕、沉降和位移等,這些變化都會改變結構本身的承受能力,如果不及時發現和補救可能會帶來嚴重的后果。在一些設備上安裝應力檢測儀建立鋼結構應力監測系統,對結構的受力狀況進行時時監測,為設備的安全運行保駕護航。
監測系統工作原理
應力監測系統主要由傳感器、數據采集器、無線通訊系統、遠程計算機等幾部分組成。當受力設備鋼結構受力發生異常變化時,可及時發出預警信號,以便及時采取相關措施,確保設備的安全運行。
安裝在鋼結構上的應力傳感器把鋼結構桿件的應力變換成頻率信號,通過數據采集電纜傳輸給數據采集器,數據采集器對數據進行前期處理后,通過無線數據傳輸系統,傳輸給遠程計算機。
遠程計算機對收到的數據進行各種后期處理后,存入本地數據庫,供操作者瀏覽、查詢、導出數據等。同時,遠程計算機可對現場監測系統進行控制,設定各種采集參數,控制數據采集等。
無線通訊系統
現場數據采集器與遠程控制計算機的聯接采用無線方式,通過4G或5G網絡,經Internet與遠程控制中心聯接。監測系統采集的數據上傳到遠程控制計算機,在遠程控制計算機也可以對現場監測系統進行實時訪問、控制等。
設備、器件選型
長期監測系統對傳感器的穩定性要求極高。若傳感器的穩定性不佳,長期緩慢的漂移,最終會完全掩蓋真實數據的變化,造成監測失敗??蛇x用振弦應力傳感器,其不但具有極高穩定性,同時具有頻率信號傳輸、抗干擾能力強、傳輸距離遠、不怕水等特點,極其適合鋼這種室外的、長時間的監測環境。
振弦應力傳感器工作原理如下:傳感器內部有一根固定長度、張緊的特制鋼絲,通過傳感器的固定座固定在鋼結構表面。當鋼結構的應變變化時(鋼結構單位長度發生變化),通過固定座傳遞給鋼絲,致使鋼絲的長度發生變化,即張緊程度(張力)發生變化。
自動數據采集器
自動數據采集器可以自動采集多個應力傳感器的應力及溫度數據,并對數據進行一定的處理計算后進行存儲,也可傳送給計算機,適用于監測系統自動數據采集,用于長期監測系統數據日常運行中的數據采集。
設備鋼結構長期應力監測測點數據采集由數據采集器每天自動完成,自動發送到遠程監測計算機。在特殊工況時(如臺風、大雪等),調整自動數據采集頻率,以便更真實反映快速變化載荷的影響。
在所有系統硬件安裝完成后,進行系統硬件測試、軟件測試。經測試,系統運行正常,到達設計要求。
硬件測試
1)傳感器測試:通過讀數儀,對傳感器進行測試,確保每個傳感器讀數都是正常。
2)數據采集器測試:把傳感器電纜分別接數據采集器的相應通道,對采集器進行測試。所有通道采集數據正常后,設定采集器為自動采集方式,24小時不停地采集3天,測試數據采集系統的工作穩定性。
3)通訊線路測試:測試各采集器之間、采集器與計算機之間的通訊情況。確保通訊線路正常。
軟件調試
在遠程計算機上安裝系統軟件,對程序框圖中各功能模塊如傳感器參數設定、數據采集、數據查詢、數據備份導入、數據打印、用戶管理、遠程通訊等逐一測試。確保軟件正常運行。
系統正常后,遠程計算機系統設置為自動采集方式,自動獲取各采集器檢測數據。連續采集3天測試整個監測系統的工作穩定性。
鋼結構應力監測系統測試階段運行的監測數據的整理、計算和分析,表明鋼鋼結構監測系統完全到達設計要求,采集數據準確、穩定可靠,系統功能完善。
監測數據分析
以大型網狀棚體結構為例,通過對測試階段的監測數據的整理、計算和分析表明,設備鋼結構應力變化趨勢與溫度變化趨勢明顯相關,受晝夜溫度變化影響明顯。這種晝夜變化的趨勢,對鋼結構來說,這主要反映的是溫度變化引起的鋼結構熱應力變化。
應力監測數據,日變化基本呈現圍繞一個水平軸上下波動的變化趨勢。從測試階段的監測數據分析,鋼網架結構應力波動范圍不大,日波動基本在6MPa范圍以內。主要為鋼結構熱應力造成(晝夜溫差約6℃)。
從結構應力及溫度變化曲線可以明顯看出,鋼結構應力變化趨勢與溫度變化趨勢密切相關,部分變化趨勢表現為應力與溫度呈反比的關系,即溫度升高,應力下降;溫度下降,應力升高。部分結構測點表現為應力與溫度成正比的關系,即溫度升高,應力升高;溫度下降,應力下降。呈現正比或反比關系,主要由測點處各桿件熱應力相互作用情況決定。
網架結構測點典型應力變化曲線見圖1:日應力變化曲線(溫度正相關)、圖2:日應力變化曲線(溫度負相關)
結束語
應力監測系統在質量技術監督中發揮著重要的作用,隨著現代化技術的改進,該技術也愈加成熟,通過對設備受力狀態進行動態的記錄和分析,有助于我們對設備的狀態有一個實施的把控,及時發現問題并整改,保證了設備的安全運行。
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(作者單位:國家電力公司水電施工設備質量檢驗測試中心)