振弦式表面测缝计

本使用说明仅适用于本公司（四川葛南仪器有限公司）生产的VWJ型振弦式表面测缝计，其中包括有VWJ-12、VWJ-20、VWJ-25、VWJ-50、VWJ-100等型号。
1 用途
VWJ型振弦式表面测缝计适用于长期布设在混凝土结构物或其它材料结构物内及表面上，测量结构物伸缩缝或周边缝的开合度(变形)，并可同步测量埋设点的温度。并可同步测量埋设点的温度。测缝计的位移传感器采用的是振弦式位移计，其由位移计加装配套附件而组成。表面测缝计具有智能识别功能。

2 格及主要技术参数

3 结构及工作原理
3.1 结构
VWJ 型振弦式表面测缝计由万向节、位移计、振弦及激振电磁线圈、观测电缆等组成。
3.2 工作原理

当被测结构物发生变形时将会带动测缝计伸缩，经万向节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，即可测出被测结构物的变形量。同时可同步测出埋设点的温度值。
3.3 计算方法

a)当外界温度恒定测缝计仅受到轴向变形时，其变形量Ｊ与输出的频率模数△F具有如下线性关系：

J = K△F

△F = F - F0

式中：k — 测缝计测量变形量的最小读数，单位为mm/F；

△F — 测缝计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；

F — 测缝计的实时测量值，单位为F；

F0 — 测缝计的基准值，单位为F。

b)当测缝计不受外力作用时(仪器两端标距不变)，而温度增加△T时，测缝计有一个输出量△F´，这个输出量仅仅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：

J´= k△F´+ b△T = 0

k△F´= -b△T

△T = T - T0

式中：b — 测缝计的温度修正系数，单位为mm/℃；

△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材料结构物内及表面上的测缝计，受到的是变形和温度的双重作用，因此测缝计一般计算公式为：

Jm = k△F + b△T = k (F - F0) + b (T - T0)

式中：Jm—被测结构物的变形量，单位为mm。

注：VWJ型振弦式测缝计的敏感测量元件，与机架的材料线膨胀系数为同一量级，所以实测时温度修正系数甚小，经试验测得其温度修正系数小于最小读数，一般计算时可用公式a。

4 埋设与安装
表面测缝计的使用场合很广，仪器经加装一些专用附件后，可以测量被测结构物任何方向裂缝的相对变化量，测缝计安装时应根据工作现场的不同，合理的选择埋设位置和安装方法，下面对表面测缝计的通用安装方法进行简述。
4.1 单向表面测缝计的安装
表面测缝计的安装位置和方向确定后，在安装位置设置安装基床,或者对被测结构物表面进行必要的清理和整平。
表面测缝计安装前应检查仪器工作是否正常，确定正常后方能安装。同时检查其各种配件是否齐全、完好，确认后将位移计、万向节、安装支架按正确位置和次序装配在一起。各部件连接处的螺纹都要带胶拧紧，万向节要能活动自如。
将表面测缝计接长电缆(或在测缝计安装完毕后接长)，设定好测缝计的初始位置，在被测结构物上打定位孔并埋设固定膨胀螺栓(按实际需要确定是否安装测杆及保护管或仪器保护罩)，确定安装无误后紧固各紧固件。
表面测缝计的初始位置的设置，通常按被测结构物裂缝的预计位移大小和方向，根据所选测缝计的测量范围，确定测缝计的初始零点位置。也就是根据实际需要合理分配测缝计拉伸和压缩范围，以满足测量的实际需要。
万向节和测杆连接要拧紧，可用细钢钎(或钉子、粗铁丝)穿在仪器滑动测杆上的横向小孔中，防止仪器测杆转动。测缝计的测杆在装配万向节和加长测杆时不允许转动，转动将会造成测杆松动或脱落(测杆只允许滑动不允许转动)，仪器标定和安装时都要注意。
安装好的仪器电缆应集中引出，按设计走向埋设固定好，注意保护好仪器的观测电缆。
仪器安装完成后应及时测量仪器的初始值，并记录设计编号、仪器的编号、电缆长度、初始零点模数及温度值，作好存档。
4.2 表面测缝计的基准值
测缝计的基准值取仪器埋设后混凝土或水泥砂浆终凝时的测值。测缝计所反映的温度测值是值，接缝开度测值则是相对值，表示与初始状态的相对张、合变化。建议初始值应选择混凝土无流动性并具有一定强度、能锚固测缝计端点时的张合度测值。此时混凝土刚终凝，可认为是无应力接触状态，代表了接缝的真实开合度变化。
混凝土的凝结时间与气温等因素有关，通常初凝时间为7H，终凝时间为12H后确定初始值。表面测缝计如果采用固定支架形式，可以在固定支架稳固后，测值作为基准值。
5 操作与使用方法
5.1测量
测量振弦式传感器先将测量线连接VW-102型振弦读数仪，将各色夹子对应连接上传感器的输出电缆， 黑、红测频率，白、绿测温度。振弦式传感器内附有智能识别芯片，其内存贮有该传感器的编号、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，使测量实现人工智能无纸化操作。
工程现场多支传感器电缆被意外挖断，用读数仪测量一遍，自动识别出每支传感器所对应的编号及身份信息。
5.2 传感器故障排查
当振弦式传感器测量出现故障时，可用万用表检查传感器芯线间的电阻值，其正常状况红、黑芯线电阻值通常为300～900Ω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∞)。
5.3 电缆故障排查
振弦式传感器电缆接长通常用型号为YSPT－4水工专用观测电缆，其电缆电阻值约为45Ω/km左右。
5.3.1 用万用表测量(黑、红芯线)的电阻值：正常情况为300～900Ω左右，再加上电缆电阻值。
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，电缆可能断路；
c) 如果电阻测值非常小，电缆可能是短路；
其表现为读数仪测量不出频率值。
5.3.2 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。
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，电缆可能是断路；
c) 如果电阻测值非常小，电缆可能短路。
其表现为读数仪测量不出温度值。
5.3.3 用100V 直流兆欧表或万用表测量传感器芯线(红、黑线对地线，白、绿线对地线，红、黑线对白、绿线)的电阻，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。
5.4 读数仪测值不稳
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) 确定传感器的频率范围，正确选择读数仪的激励类型；
d）确定传感器的电阻基值，正确选择读数仪的电阻基值；
e) 检查附近是否有干扰源，如电机、发电机、天线或交流动力电缆，远离上述干扰源。
5.5 其它
振弦式传感器安装就位前、后应及时测量频率和温度值，根据传感器编号和设计编号作好记录并存档，特别注意保护传感器信号引出电缆。

安全监测仪器术语定义
频率模数：振弦式传感器的测量单位之一，为输出信号频率平方的千分之一（f2/1000），以kHz2表示。
起始值：仪器在现场零荷载下的测值。
初始值：仪器安装后，在既定荷载下，安装影响消除后的测值。
基准值：相对于荷载条件的计算起点的测值。
满量程：仪器标称范围两极限之差的模，以FS表示。例如，对从－10V～＋10V的标称范围，其量程为20V。
振弦式传感器工作特性所决定的输出频率的平方和最小输出频率的平方的代数差。
以频率模数（输出频率的平方除以1000）为输出量的振弦式传感器，其满量程输出可表征为其输出频率模数和最小输出频率模数的代数差。
分辨力：在测量范围内，振弦式传感器所能感测的被测量的最小变化值，以满量程输出百分比表示。
滞后：振弦式传感器在输入量作满量程变化时，对于同一输入量，传感器的正、反行程输出量的偏差，以满量程输出百分比表示。
不重复度：振弦式传感器在一段时间间隔内，在相同的工作条件下，输入量从同一方向作满量程变化，多次趋近并到达同一校准点时所测量的一组输出量之间的分散程度，以满量程输出百分比表示。
非线性度：振弦式传感器正 、反行程实际平均特性曲线相对于参比直线的偏差，用满量程输出的百分比来表示。
综合误差：振弦式传感器进程平均校准曲线和回程平均校准曲线二者与工作直线的偏差，用满量程输出的百分比来表示；该误差是反映振弦式传感器的综合性能指标。