桥梁检测设备及仪器

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1、桥 梁 检 测 设 备及 仪 器 1 仪 器 性 能 的 基 本 技 术 指 标2 桥 梁 试 验 检 测 仪 器目 录 CONTENTS 1、 仪 器 性 能 的 基 本 技 术 指 标基本技术指标可 垃 圾 就 其 指 示 值 的 稳 定 程 度 。 1、 测 量 精 度 ： 测 量 精 度 系 指 仪 器 所 具 有 的 可 读 数 能 力（ 最 小 分 辨 率 ） 。 2、 量 程 ： 仪 器 的 最 大 测 量 范 围 （ 在 动 态 测 试 中 称 作 动态 范 围 ） 。 3、 灵 敏 度 ： 被 测 物 理 量 的 单 位 变 化 引 起 的 仪 器 读 数 值（ 输 出 与

2、输 入 的 比 值 ） 叫 做 灵 敏 度 ， 数 值 上 它 与 精 度互 为 倒 数 。 4、 信 噪 比 （ S/N） ： 仪 器 测 得 的 信 号 中 信 号 （ Signal） 与 同 时 测 得 的 噪 声 （ Noise） 的 比 值 ， 称 作 信 噪 比。 信 噪 比 越 大 ， 测 量 效 果 越 好 。 5、 稳 定 比 ： 仪 器 稳 定 性 指 仪 器 较 长 时 间 使 用 或 受 环 境 条 件 干 扰 影 响 时 ， 其 指 示 值 的 稳 定 程 度 。 6、 误 差 ： （ 1） 绝 对 误 差 ； （ 2） 相 对 误 差 。7、 试 验 仪 器 标 定

3、 和 校 准 出 厂 必 须 经 过 国 家 认 可 的 计 量 论 证或 检 测 标 定 ， 并 出 具 仪 器 性 能 指 标 说 明 ； 使用 过 程 中 还 需 要 定 期 （ 每 一 年 或 半 年 一 次 ）对 仪 器 主 要 技 术 指 标 进 行 标 定 或 校 准 。 桥梁检测对仪器设备的要求1、 性 能 （ 如 精 度 、 量 程 等 ） 能 够 满 足 桥 梁 结构 （ 野 外 、 室 内 ） 试 验 的 具 体 要 求 。2、 使 用 时 不 影 响 原 结 构 的 受 力 性 能 和 工 作 情况 。3、 使 用 方 便 、 结 构 可 靠 、 经 济 耐 用 。 2

4、、 桥 梁 试 验 检 测 仪 器序号 参 数 机 械 式 仪 器 电 （ 声 光 ） 学 仪 器1 应 变 千 分 表 、 引伸 仪 、 手 持应 变 仪 电 阻 应 变 计 、 电 阻 应 变 仪 、数 据 采 集 器 、 数 据 采 集 系 统2 变 位 千 分 表 、 百分 表 、 挠 度计 位 移 计 、 水 准 仪 、 经 纬 仪 、全 站 仪 、 测 距 仪3 裂 缝 读 数 尺 超 声 波 探 测 仪 、 读 数 显 微 镜 、数 码 裂 缝 检 测 仪 机 械 式 仪 器 优 点 ： 准 确 度 高 ， 对 环 境 适 应 性 强 ， 读数 有 一 定 的 灵 敏 度 ， 可

5、 靠 直 观 ， 可 重 复 使 用 ， 其 性 能 在 多 方 面 能满 足 桥 梁 试 验 检 测 要 求 。 缺 点 ： 灵 敏 度 较 差 ， 不 便 于 远 距 离 操 作， 难 以 自 动 测 量 与 记 录 。 电 （ 声 光 ） 式 仪 器 特 点 ： 发 展 更 新 块 ， 精 度 比 较 高 ， 量 程也 比 机 械 式 大 的 多 ， 目 前 在 许 多 方 面 已 基 本 取 代 机 械 式 仪 器 。 （ 一 ） 应 变 仪 器 设 备1、 引 伸 计 测 量 构 件 及 其 他 物 体 两 点 之 间 线 变 形 的 一种 仪 器 ， 通 常 由 传 感 器 、 放

6、大 器 和 记 录 器 三 部 分 组 成 。 原 理 ： 传 感 器 直 接 和 被 测 构 件 接 触 。 构 件 上 被 测的 两 点 之 间 的 距 离 l为 标 距 ， 标 距 的 变 化 l（ 伸 长 或 缩 短 ） 为 线 变 形 。 构 件 变 形 ， 传 感器 随 着 变 形 ， 并 把 这 种 变 形 转 换 为 机 械 、 光、 电 、 声 等 信 息 ， 放 大 器 将 传 感 器 输 出 的 微小 信 号 放 大 。 记 录 器 （ 或 读 数 器 ） 将 放 大 后的 信 号 直 接 显 示 或 自 动 记 录 下 来 。 引 伸 计 的 种 类 很 多 ， 大 致

7、 可 分 为 机 械 式引 伸 计 、 光 学 引 伸 计 和 电 磁 式 引 伸 计 等 。 这些 引 伸 计 的 灵 敏 度 一 般 可 达 1微 米 。 千 分 表 引 伸 计 因 为 其 使 用 方 便 ， 故 使 用范 围 较 广 。 标 距 范 围 内 的 变 形 ， 可 通 过 千 分表 顶 杆 传 至 表 内 的 齿 轮 放 大 系 统 进 行 放 大 ，然 后 由 表 盘 上 的 指 针 读 出 ， 其 灵 敏 度 取 决 于千 分 表 的 灵 敏 度 。 2、 电 阻 应 变 计 （ 片 ） （ 1） 工 作 原 理 ： 将 电 阻 应 变 计 粘 贴 在被 测 构 件 表

8、 面 上 ， 当 构 件 发 生 变 形 时 ， 应变 计 与 构 件 一 起 变 形 ， 致 使 应 变 计 的 电 阻值 发 生 相 应 的 变 化 ； 通 过 电 阻 应 变 测 量 装置 ， 可 将 这 种 变 化 测 量 出 来 ， 换 算 成 应 变值 或 者 输 出 与 应 变 成 正 比 的 模 拟 电 信 号 ，用 记 录 仪 器 记 录 下 来 或 直 接 存 入 计 算 机 ，进 行 处 理 得 到 所 需 要 的 应 力 、 应 变 。 （ 2） 电 阻 应 变 计 （ 片 ） 优 点 灵 敏 度 高 。 电 阻 应 变 仪 可 以 精 确地 分 辨 出 1 x 10-

9、6应 变 。 电 阻 片 尺 寸 小 且 粘 贴 牢 固 。 电 阻 片 质 量 小 。 可 以 在 高 温 （ 800-100 ） 低 温（ -100-70 ） 、 高 压 （ 上 万 个 大 气 压 ） 、高 速 旋 转 （ 几 千 转 mm-几 万 转 mm） 核 幅射 等 特 殊 条 件 下 成 功 的 使 用 。 便 于 长 距 离 测 量 和 采 集 记 录 自 动化 。 可 制 成 各 种 各 样 精 度 很 高 的 传 感器 ， 以 测 量 力 、 位 移 、 加 速 度 等 力 学 量 。 （ 3） 分 类 丝 绕 式 用 电 阻 丝 盘 绕 电 阻 片 称 为 丝 绕 式

10、电 阻 片 ， 目 前 广 泛 使 用 的 有 半 圆弯 头 平 绕 式 ， 这 种 电 阻 片 多 用 纸 底 和 纸 盖 ， 价 格 低 廉 ， 适 于 实 验 室 广泛 使 用 ， 缺 点 是 精 度 较 差 ， 横 向 效 应 系 数 较 大 。 短 接 式 这 种 电 阻 片 的 制 作 比 较 容 易 ， 在 一 排 拉 直 的 电 阻 丝 之 间 ， 在 预 定的 标 距 上 用 较 粗 的 导 线 相 间 地 造 成 短 路 ， 这 种 电 阻 片 有 用 纸 底 的 ， 也有 用 胶 底 的 。 短 路 接 式 电 阻 片 的 优 点 是 几 何 形 状 比 容 易 于 保

11、证 ， 而 且横 向 效 应 系 数 近 于 零 。 箔 式 电 阻 片 它 是 在 合 金 箔 （ 康 铜 箔 或 镍 铬 箔 ） 的 一 面 涂 胶 形 成 胶 底 ， 然 后 在箔 面 上 用 照 相 腐 蚀 成 形 法 制 成 的 ， 所 以 几 何 形 状 和 尺 寸 非 常 精 密 ， 而且 由 于 电 阻 丝 部 分 是 平 而 薄 的 矩 形 截 面 ， 所 以 粘 贴 牢 固 ， 丝 的 散 热 性 能 好 ， 横 向 效 应 系 数 也 较 低 。 （ 4） 粘 贴 步 骤 应 变 计 准 备 用 放 大 镜 对 应 变 片 进 行 检 查 ， 保 证选 用 的 应 变 片

12、 无 缺 陷 和 破 损 ， 好 的 应 变 计丝 栅 平 直 整 齐 、 均 匀 、 无 气 泡 、 无 霉 、 无锈 蚀 ， 基 底 和 覆 盖 层 无 破 损 ， 且 同 批 误 差小 于 0.5 。 构 件 表 面 处 理 先 初 步 画 出 贴 片 位 置 、 用 砂 布 或 砂 轮机 将 贴 片 位 置 打 磨 平 整 ， 混 凝 土 表 面 无 浮浆 ， 必 要 时 涂 底 胶 处 理 ， 待 固 化 后 再 次 打磨 。 打 磨 方 向 与 贴 片 方 向 斜 交 ， 在 打 磨 平整 的 部 位 准 确 画 出 测 点 的 纵 、 横 中 心 及 贴片 方 向 。 贴 片 用

13、 镊 子 夹 脱 脂 棉 球 蘸 酒 精 （ 或 丙 酮 ）将 贴 片 位 置 清 洗 干 净 。 用 手 握 住 应 变 片 引出 线 ， 在 其 背 面 均 匀 涂 抹 一 层 胶 水 ， 然 后 放 在 测 点 上 ， 调 整 应 变 片 的 位 置 ， 使 其 可准 确 定 位 。 导 线 的 焊 接 与 固 定 粘 结 剂 初 步 固 化 后 ， 即 可 进 行 焊 线 。应 变 计 和 导 线 间 的 连 接 最 好 通 过 接 线 端 子， 焊 点 确 保 无 虚 焊 。 导 线 最 好 与 试 件 绑 扎固 定 ， 导 线 两 端 根 据 测 点 的 编 号 作 好 标 记。

14、贴 片 质 量 检 查 贴 片 质 量 检 查 包 括 外 观 检 查 、 电 阻 和绝 缘 电 阻 测 量 。 外 观 检 查 主 要 观 察 贴 片 方位 是 否 正 确 ， 变 计 有 无 损 伤 ， 粘 贴 是 否 牢固 和 有 无 气 泡 等 。 测 量 电 阻 值 可 以 检 查 有无 断 路 、 回 路 。 绝 缘 电 阻 是 最 重 要 的 受 检指 标 。 绝 缘 好 坏 取 决 于 应 变 计 的 基 底 ， 粘贴 不 良 或 固 化 不 充 分 的 应 变 计 往 往 绝 缘 电阻 低 。 应 变 计 及 导 线 的 防 护 常 用 室 温 防 护 剂 有 ： 凡 士 林

15、 ； 蜂 蜜 ； 石 灰 、 炮 油 和 松 香 混 合 物 ； 环 氧 树 脂 。 3、 应 变 测 量 的 仪 器 和 设 备（ 1） 惠 斯 顿 电 桥 根 据 电 桥 的 测 量 电 路 ， 对 应 变 电 桥 的 测 量方 法 有 ： 单 点 测 量 半 桥 测 量 全 桥 测 量 电 桥 的 增 减 特 性 ： 相 邻 的 输 出 符 号 相 反， 电 桥 输 出 具 有 相 减 特 性 ； 相 对 两 臂 符 号 相同 ， 电 桥 输 出 具 有 相 加 特 性 。 （ 2） 电 阻 应 变 仪 电 阻 应 变 仪 是 一 种 专 用 应 变 测 量 放 大 器 。一 般 具 有

16、 如 下 三 个 功 能 ： 装 有 几 个 电 桥 补 充 电 阻 （ 以 适 用 于 1/4桥 和 半 桥 测 量 ） 并 提 供 电 桥 电 源 ； 能 把 微 弱 的 电 信 号 放 大 ； 把 放 大 后 的 信 号 变 换 显 示 出 来 或 送 给 后续 设 备 。（ 3） 静 动 态 数 据 采 集 处 理 系 统 电 阻 应 变 仪 按 使 用 内 容 不 同 ， 分 为 静 态 应变 仪 、 动 态 应 变 仪 和 静 动 态 应 变 仪 。 4、 基 于 应 变 测 量 技 术 的 传 感 器（ 1） 力 （ 或 荷 重 ） 传 感 器（ 2） 钢 筋 应 力 计（ 3）

17、 弓 形 应 变 传 感 器（ 4） 电 阻 式 位 移 传 感 器 5、 振 弦 式 应 力 计 原 理 ： 振 弦 式 应 力 计 主 要 元 件 是 一 根 长度 、 面 积 和 质 量 都 确 定 的 张 紧 的 钢 丝 （ 振 弦） ， 在 一 定 的 预 拉 力 情 形 下 该 振 弦 有 一 个 基本 频 率 。 其 工 作 过 程 ： 当 传 感 器 受 拉 （ 压 ）力 后 ， 其 钢 丝 的 拉 力 产 生 变 化 ， 钢 弦 的 自 振频 率 会 发 生 相 应 的 变 化 。 按 照 预 先 标 定 的 “力 -频 率 ” 关 系 曲 线 ， 即 可 得 出作 用 在

18、应 力 计 上 的 拉 （ 压 ） 力 。 6、 光 纤 光 栅 传 感 器 光 纤 利 用 光 的 全 反 射 原 理 引 导 光 波 ， 在光 纤 纤 芯 中 周 期 性 折 射 率 变 化 形 成 光 栅 效 应。 当 光 纤 光 栅 所 处 环 境 的 物 理 量 发 生 变 化 时， 光 栅 周 期 或 纤 芯 折 射 率 会 随 之 发 生 变 化 ，使 得 光 纤 光 栅 反 射 光 的 布 拉 格 波 长 发 生 变 化， 借 助 某 种 装 置 测 量 前 后 反 射 光 波 长 的 变 化（ 通 过 建 立 并 标 定 光 纤 光 栅 的 响 应 与 被 测 参量 变 化

19、关 系 ） ， 就 可 以 获 得 待 测 物 理 量 的 变化 情 况 。 （ 二 ） 变 位 仪 器 设 备1、 线 位 移 测 量 仪 表 常 用 机 械 式 位 移 测 量 仪 表 的 主 要 性 能 指 标名 称 精 度 量 程千 分 表 0.001mm 130mm百 分 表 0.01mm 1050mm挠 度 计 0.1mm 不 限 百 分 表 使 用 时 应 注 意 的 事 项 ： 使 用 时 ， 只 能 拿 取 外 壳 ， 不 得 任意 推 动 测 杆 ， 避 免 磨 损 机 件 ， 影 响 放 大 倍数 。 注 意 保 护 触 头 ， 触 头 上 不 得 有 伤 痕 。 安 装

20、 时 ， 使 测 杆 与 所 测 位 移 的 方向 一 致 ， 或 者 与 被 测 物 体 表 面 保 持 垂 直 。并 注 意 位 移 的 正 反 方 向 和 大 小 ， 以 便 调 节测 杆 ， 使 百 分 表 有 适 宜 的 测 量 范 围 。 百 分 表 架 要 安 设 稳 妥 ， 表 架 上 各个 螺 丝 要 拧 紧 ， 但 不 可 夹 得 过 紧 ， 否 则 会影 响 测 杆 移 动 。 百 分 表 安 装 好 ， 可 用 铅 笔 头 在 表盘 上 轻 轻 敲 击 ， 看 指 针 摆 动 情 况 。 若 在 某一 固 定 值 小 范 围 内 左 右 摆 动 ， 说 明 安 装 正常

21、 。 百 分 表 使 用 日 久 或 经 过 拆 洗 修 理后 ， 必 须 进 行 标 定 ， 标 定 可 在 专 门 的 百 分表 、 千 分 表 校 正 仪 上 进 行 。 千 分 表 与 百 分表 使 作 方 法 完 全 相 同 。 2、 连 通 管 原 理 ： 连 通 器 中 处 于 水 平 平 面 上 的 静 止液 体 的 压 强 相 同 。 使 用 方 法 ： 使 用 前 先 在 桥 跨 方 向 布 置直 径 为 1015mm的 白 塑 料 软 管 ， 然 后 在 每 个 测点 位 置 剪 断 管 子 ， 接 上 三 通 ， 把 三 通 开 口 的一 端 管 子 竖 起 来 绑 在

22、 支 架 上 ， 最 后 灌 水 （ 或其 它 有 色 液 体 ） 至 标 尺 位 置 ， 桥 梁 试 验 时 加、 卸 荷 载 会 引 起 桥 梁 结 构 下 挠 ， 此 时 水 管 中的 水 平 液 面 仍 需 持 平 ， 每 个 测 点 的 相 对 水 位 会 发 生 变 化 ， 读 取 这 个 变 化 值 ， 经 简 单 计 算即 可 得 到 桥 梁 的 挠 度 。 3、 光 学 （ 光 电 ） 仪 器（ 1） 高 精 度 全 站 仪 适 用 于 大 桥 成 桥 状 态 坐 标 或 变 形 测 量 方面 ， 桥 梁 跨 径 越 大 （ 变 形 绝 对 值 越 大 ） ， 其优 势 越

23、明 显 （ 相 对 精 度 越 高 ） 。 测 量 精 度 1mm。（ 2） 精 密 水 准 仪 测 量 精 度 达 0.01mm 精 密 水 准 仪 和 数 字 水 准 仪 数 字 电 子 水 准 仪 特 点 ： 电 子 水 准 仪 的 观 测 精 度 高 ， 操作 简 捷 ， 自 动 观 测 和 记 录 ， 并 立 即 用 数 字显 示 测 量 结 果 。 电 子 水 准 仪 要 求 有 一 根 能与 其 配 套 使 用 的 条 形 编 码 尺 ， 该 水 准 尺 通常 由 玻 璃 纤 维 或 铟 钢 制 成 。 （ 3） 桥 梁 动 挠 度 检 测 仪 工 作 原 理 ： 在 桥 梁 的

24、 测 试 点 上 安 装 一 个测 点 目 标 靶 ， 在 靶 上 制 作 一 个 光 学 标 志 点 ，当 桥 梁 在 动 载 作 用 下 产 生 振 动 时 ， 测 试 靶 也跟 着 发 生 振 动 ， 通 过 测 出 靶 上 标 志 点 在 CCD接收 面 上 图 像 位 置 的 变 化 值 ， 就 可 以 得 到 桥 梁振 动 的 位 移 值 。 （ 三 ） 裂 缝 检 测 仪 器 设 备1、 回 弹 仪（ 1） 检 测 内 容 ： 测 定 混 凝 土 强 度 ： 中 型 和重 型（ 2） 原 理 ： 弹 簧 驱 动 重 锤 ， 通 过 弹 击 杆 弹击 混 凝 土 表 面 ， 并 以

25、 重 锤 被 反 弹 回 来 的 距离 （ 称 回 弹 值 ， 即 反 弹 距 离 与 弹 簧 初 始 长度 之 比 ） 作 为 强 度 相 关 指 标 来 推 算 混 凝 土强 度 。（ 3） 应 用 ： 1） 对 试 件 的 检 验 结 果 有 怀 疑 或 供 检验 用 的 试 件 数 量 不 足 时 ， 可 采 用 回 弹 法 检测 ； 2） 施 工 阶 段 ， 回 弹 法 可 作 为 评 估 混 凝 土 强 度 的 依 据 。 （ 4） 适 用 范 围 ： 被 测 结 构 或 构 件 混 凝 土 的内 外 质 量 基 本 一 致 。（ 5） 下 列 情 况 不 宜 用 回 弹 法 ：

26、1） 混 凝 土 表 层 与 内 部 质 量 有 明 显 差 异时 ； 2） 被 检 构 件 厚 度 小 于 10cm； 3） 碳 化 严 重 ， 或 其 它 内 部 存 在 缺 陷 的混 凝 土 结 构 。 2、 超 声 波 探 测 仪（ 1） 检 测 内 容 ： 测 定 混 凝 土 强 度 、 缺 陷 和 裂缝 等 ；（ 2） 原 理 ： 利 用 超 声 波 在 物 体 中 传 播 时 ， 遇到 不 同 介 质 会 在 其 界 面 反 射 的 原 理 。 频 率 范围 ： 20200kHZ（ 3） 应 用 ： 非 金 属 超 声 波 检 测 仪 可 用 来 测 定 混 凝土 的 均 一 性

27、 、 裂 缝 、 蜂 窝 以 及 强 度 、 弹 性 模量 等 。 3、 钢 筋 位 置 测 定 仪（ 1） 检 测 内 容 ： 测 定 钢 筋 混 凝 土 构 件 内 钢 筋位 置 和 保 护 层 厚 度 。（ 2） 原 理 ： 仪 器 探 头 产 生 一 个 电 磁 场 ， 当 某条 钢 筋 或 其 他 金 属 物 体 位 于 这 个 电 磁 场 内 时， 会 引 起 这 个 电 磁 场 磁 力 的 改 变 ， 造 成 局 部电 磁 场 强 度 的 变 化 。 电 磁 场 强 度 的 变 化 和 金属 物 大 小 与 探 头 距 离 存 在 一 定 的 对 应 关 系 。通 过 这 种 对

28、 应 关 系 ， 即 可 估 测 混 凝 土 中 钢 筋位 置 、 深 度 和 尺 寸 。（ 3） 应 用 ： 1） 主 要 承 重 构 件 或 承 重 构 件 的 主 要 受 力 部 位 ； 2） 钢 筋 可 能 锈 蚀 活 化 的 部 位 。 4、 钢 筋 锈 蚀 仪（ 1） 检 测 内 容 ： 测 定 混 凝 土 内 钢 筋 锈 蚀 ；（ 2） 原 理 ： 结 构 混 凝 土 中 的 钢 筋 发 生 锈 蚀 使得 钢 筋 有 效 截 面 积 减 小 、 体 积 增 大 ， 从 而 导致 混 凝 土 膨 胀 、 剥 落 、 钢 筋 与 混 凝 土 的 握 裹力 及 承 载 力 降 低 ， 直 接 影 响 到 混 凝 土 结 构 的安 全 性 及 耐 久 性 ， 故 可 通 过 钢 筋 锈 蚀 导 致 的影 响 检 测 裂 缝 。（ 3） 应 用 ： 对 结 构 混 凝 土 中 的 钢 筋 锈 蚀 程 度 进 行 非破 损 检 测 ， 在 发 生 锈 蚀 和 引 起 重 大 事 故 前 预先 发 现 。