應力檢測系統在質量技術監督工作中的應用

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。可選用振弦應力傳感器，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。

參考文獻：

[1]劉鴻文，材料力學[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]曹雙寅等，工程結構設計原理[M].南京：東南大學出版社，2002.

[3]王小波，鋼結構施工過程健康監測技術研究與應用[D]. 杭州：浙江大學，2010.

[4]林金地，韋永斌，提高振弦傳感器工程監測精度的技，術研究[J]. 工程建設與設計，2010

（作者單位：國家電力公司水電施工設備質量檢驗測試中心）