本使用說明僅適用于本公司（四川葛南儀器有限公司）生產(chǎn)的VWJ型振弦式表面測縫計(jì)，其中包括有VWJ-12、VWJ-20、VWJ-25、VWJ-50、VWJ-100等型號(hào)。
1 用途
VWJ 型振弦式測縫計(jì)適用于長期布設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)物或其它材料結(jié)構(gòu)物內(nèi)及表面，測量結(jié)構(gòu)物伸縮縫或周邊縫的開合度(變形)，并可同步測量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。
振弦式測縫計(jì)的傳感器采用的是振弦式位移計(jì)，由其加裝配套附件而組成。振弦式位移計(jì)有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，經(jīng)試驗(yàn)溫度修正系數(shù)甚小，使用中不需要溫度修正。振弦式測縫計(jì)具有智能識(shí)別功能。
2 規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)
| 規(guī)格代號(hào) | VWJ-12 | VWJ-25 | VWJ-50 | VWJ-100 | VWJ-200 | |
| 尺寸 參數(shù) | 外徑D， mm | 30.5 | 30.5 | 30.5 | 30.5 | 30.5 |
| 長度L， mm | 300 | 300 | 340 | 400 | 460 | |
| 性能 參數(shù) | 測量范圍， KPa | 0～12 | 0～25 | 0～50 | 0～100 | 0～200 |
| 最小讀數(shù)k， KPa/F | ≤0.006 | ≤0.01 | ≤0.02 | ≤0.04 | ≤0.08 | |
| 測量精度， %F.S | ±0.1 | |||||
| 分辨力， %F.S | ≤0.1 | |||||
| 溫度測量范圍， ℃ | -25～+80 | |||||
| 溫度測量精度， ℃ | ±0.5 | |||||
| 溫度修正系數(shù)b， KPa/℃ | ≈0.12 | |||||
| 耐水壓 | ≥1MPa | |||||
| 絕緣電阻， MΩ | ≥50 | |||||
| 執(zhí)行 | 國標(biāo)GB/T 3410.2-2008 | 非直線度≤2.0%F.S；不重復(fù)度≤0.5%F.S；滯后≤1.0%F.S；綜合誤差≤2.5%F.S | ||||
3 結(jié)構(gòu)及工作原理
3.1結(jié)構(gòu)
VWJ型振弦式測縫計(jì)由前后端座、保護(hù)筒、信號(hào)傳輸電纜、振弦及激振電磁線圈等組成。
3.2工作原理
當(dāng)被測結(jié)構(gòu)物發(fā)生變形時(shí)將會(huì)帶動(dòng)測縫計(jì)變化，通過前、后端座傳遞給振弦使其產(chǎn)生應(yīng)力變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測出被測結(jié)構(gòu)物的變形量。同時(shí)可同步測量埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。
3.3 計(jì)算方法
a)當(dāng)外界溫度恒定測縫計(jì)僅受到軸向變形時(shí)，其變形量Ｊ與輸出的頻率模數(shù)△F具有如下線性關(guān)系：
J = K△F
△F = F - F0
式中：k — 測縫計(jì)測量變形量的最小讀數(shù)，單位為mm/F；
△F — 測縫計(jì)實(shí)時(shí)測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量，單位為F；
F — 測縫計(jì)的實(shí)時(shí)測量值，單位為F；
F0 — 測縫計(jì)的基準(zhǔn)值，單位為F。
b)當(dāng)測縫計(jì)不受外力作用時(shí)(儀器兩端標(biāo)距不變)，而溫度增加△T時(shí)，測縫計(jì)有一個(gè)輸出量△F′，這個(gè)輸出量僅僅是由溫度變化而造成的，因此在計(jì)算時(shí)應(yīng)給以扣除。
實(shí)驗(yàn)可知△F′與△T具有如下線性關(guān)系：
J′= k△F′+ b△T = 0
k△F′= -b△T
△T = T - T0
式中：b — 測縫計(jì)的溫度修正系數(shù)，單位為mm/℃；
△T — 溫度實(shí)時(shí)測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量，單位為℃；
T — 溫度的實(shí)時(shí)測量值，單位為℃；
T0 — 溫度的基準(zhǔn)值，單位為℃。
c)布設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)物或其它材料結(jié)構(gòu)物內(nèi)及表面上的測縫計(jì)，受到的是變形和溫度的雙重作用，因此測縫計(jì)一般計(jì)算公式為：
Jm = k△F + b△T = k (F - F0) + b (T - T0)
式中：Jm—被測結(jié)構(gòu)物的變形量，單位為mm。
注：VWJ型振弦式測縫計(jì)的敏感測量元件，與機(jī)架的材料線膨脹系數(shù)為同一量級(jí)，所以實(shí)測時(shí)溫度修正系數(shù)甚小，經(jīng)試驗(yàn)測得其溫度修正系數(shù)小于最小讀數(shù)，一般計(jì)算時(shí)可用公式a。
4 埋設(shè)與安裝
測縫計(jì)使用場合很廣，儀器經(jīng)加裝一些附件可以組成裂縫計(jì)、基巖位移計(jì)、錨桿計(jì)等測量變形的儀器，這些儀器的工作情況及安裝條件各不相同，所以埋設(shè)安裝方法也會(huì)有所不同。
4.1 安裝預(yù)備
安裝前首先檢查儀器是否完好。方法是：將測縫計(jì)接上讀數(shù)儀，用手握住測縫計(jì)兩端，向兩頭拉或推拉測桿，看讀數(shù)儀讀數(shù)是否變化和正常。當(dāng)確認(rèn)測縫計(jì)完好后，準(zhǔn)備固定套筒和位移傳感器。安裝前根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定埋設(shè)高程和方位。
4.2 電纜布設(shè)
測縫計(jì)安裝時(shí)，應(yīng)將電纜導(dǎo)線埋在同一壩段內(nèi)引出，不要分別埋設(shè)在多個(gè)壩段內(nèi)(電纜跨縫，縫開合時(shí)會(huì)拉斷電纜)。雖然也可采用其他的埋設(shè)方案，電纜的跨縫的保護(hù)措施比較復(fù)雜，所以埋在同一壩段內(nèi)引出比較安全方便。
4.3 測縫計(jì)的典型埋設(shè)
在測縫計(jì)將要安裝的位置上，先將套筒端蓋固定在左(或右)壩段的澆筑模板內(nèi)表面，再把帶前端座的固定套筒擰在端蓋上，管口與摸板平齊，完成了儀器套筒的安裝(1-1)。
待混凝土固結(jié)后，小心拆去裝有測縫計(jì)套筒處的模板，旋開套筒端蓋，將測縫計(jì)的傳感器裝入套筒內(nèi)擰緊(為便于安裝應(yīng)在測縫計(jì)的表面涂黃油)，調(diào)整測縫計(jì)的測量范圍并記錄安裝就位的初始讀數(shù)。測縫計(jì)設(shè)定的測量范圍應(yīng)能滿足測縫計(jì)可能發(fā)生拉壓的開合度為準(zhǔn)，將電纜按設(shè)計(jì)走向引出。(1-2)
安裝完成后應(yīng)及時(shí)用讀數(shù)儀讀取測縫計(jì)的初始讀數(shù)，并根據(jù)設(shè)計(jì)編號(hào)作好儀器的編號(hào)、電纜長度、初始讀數(shù)的記錄和存檔。
4.4 巖體與混凝土交接面上測縫計(jì)的埋設(shè)
安裝前先在測縫計(jì)安裝位置的巖體上打孔，孔徑應(yīng)大于 9cm，深度為 50cm，如巖體有節(jié)理存在，視節(jié)理發(fā)育程度確定孔深。
在孔內(nèi)填入一大半膨脹水泥砂漿，將帶有加長桿的套筒擠入孔中，使保護(hù)筒口與孔口平齊。然后將螺紋口涂上機(jī)油，筒內(nèi)填滿棉紗，旋上端蓋。
當(dāng)混凝土澆至高出測縫計(jì)埋設(shè)位置 20cm 時(shí)，挖去搗實(shí)的混凝土，打開套筒端蓋，取出填塞物，旋上測縫計(jì)，回填混凝土。以上步驟也可一步完成，將帶有加長桿的套筒同時(shí)已旋上位移計(jì)一并擠入孔中。
調(diào)整測縫計(jì)的測量范圍，及時(shí)測量初始值，并作好記錄。
按設(shè)計(jì)走向固定埋設(shè)電纜，保護(hù)好露天電纜，防止電纜接頭進(jìn)水。
4.5 混凝土中 測縫計(jì)的埋設(shè)
此方法適用于在建壩，除加長彎鉤桿和測縫計(jì)凸緣盤外應(yīng)全部用多層塑料布包裹。在埋設(shè)位置上將搗實(shí)的混凝土挖深約 20cm 的坑，將裂縫計(jì)放入，回填混凝土。其它要求同前。
4.6 測縫計(jì)的挖坑埋設(shè)
此方法適用于已建壩，是將原安裝在表面的測縫計(jì)埋入坑內(nèi)便于保護(hù)。
在埋設(shè)部位的混凝土壩體工作面上挖深約 20cm，長約 60cm，寬約 20cm 的坑，將裂縫計(jì)安裝在坑內(nèi)，引出電纜，坑口用鐵板蓋住。其它要求同前。
4.7 尾水管測縫計(jì)的埋設(shè)
此安裝方法適用與尾水管與混凝土交接面的開合縫觀測。
安裝埋設(shè)前先檢查測縫計(jì)，保證其工作正常，附件配套完備。在需要觀測的斷面，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定測縫計(jì)的布置數(shù)量和方位以及電纜的走向。具體安裝埋設(shè)步驟如下：
將測縫計(jì)的前端座旋下，其大頭端面與尾水鋼管外圓面充分接觸后焊接，焊接不需滿焊但必須保證焊牢。
當(dāng)同一觀測斷面所有觀測點(diǎn)的測縫計(jì)前端座都焊接完成后，待充分冷卻后將測縫計(jì)和護(hù)筒先后旋在前端座上。
根據(jù)測量需要，調(diào)整測縫計(jì)的測量范圍。
方法一：先將測縫計(jì)推進(jìn)護(hù)筒內(nèi)直到推不動(dòng)為止，在護(hù)筒端面處測縫計(jì)的外圓上畫記號(hào)，然后拉動(dòng)測縫計(jì)，使記號(hào)與護(hù)筒端面的距離達(dá)到設(shè)定的距離(拉壓范圍)。
方法二：將讀數(shù)儀連接測縫計(jì)，讀取測縫計(jì)零位讀數(shù)(將測縫計(jì)推進(jìn)護(hù)筒內(nèi)直到推不動(dòng)為止),根據(jù)計(jì)算公式確定初始位置的讀數(shù)，然后拉動(dòng)測縫計(jì)觀察其讀數(shù)達(dá)到設(shè)定值。
測縫計(jì)的初始值確定后，即可澆筑混凝土。澆筑時(shí)應(yīng)避免沖擊測縫計(jì)，當(dāng)澆筑高程達(dá)到測縫計(jì)處時(shí)，用人工方式將測縫計(jì)周圍的混凝土搗實(shí)。做好電纜的接長和保護(hù)，按規(guī)定走向敷設(shè)電纜，電纜敷設(shè)要松弛。
編制埋設(shè)檔案，記錄測縫計(jì)型號(hào)、設(shè)計(jì)編號(hào)、儀器編號(hào)、初始讀數(shù)、澆筑后讀數(shù)等等。
4.8 測縫計(jì)的基準(zhǔn)值
測縫計(jì)的基準(zhǔn)值取儀器埋設(shè)后混凝土或水泥砂漿終凝時(shí)的測值。測縫計(jì)所反映的溫度測值是值，接縫開度測值則是相對值，表示與初始狀態(tài)的相對張、合變化。建議初始值應(yīng)選擇混凝土無流動(dòng)性并具有一定強(qiáng)度、能錨固測縫計(jì)端點(diǎn)時(shí)的張合度測值。此時(shí)混凝土剛終凝，可認(rèn)為是無應(yīng)力接觸狀態(tài)，代表了接縫的真實(shí)開合度變化。
混凝土的凝結(jié)時(shí)間與氣溫等因素有關(guān)，通常初凝時(shí)間為7H，終凝時(shí)間為12H后確定初始值。
5 操作與使用方法
5.1測量
測量振弦式傳感器先將測量線連接VW-102型振弦讀數(shù)儀，將各色夾子對應(yīng)連接上傳感器的輸出電纜， 黑、紅測頻率，白、綠測溫度。振弦式傳感器內(nèi)附有智能識(shí)別芯片，其內(nèi)存貯有該傳感器的編號(hào)、系數(shù)K、溫度修正系數(shù)b等信息。用讀數(shù)儀測量時(shí)會(huì)自動(dòng)將識(shí)別信息讀出，順序存入讀數(shù)儀內(nèi)，通訊給計(jì)算機(jī)，方便快速統(tǒng)計(jì)計(jì)算及查詢，使測量實(shí)現(xiàn)人工智能無紙化操作。
工程現(xiàn)場多支傳感器電纜被意外挖斷，用讀數(shù)儀測量一遍，自動(dòng)識(shí)別出每支傳感器所對應(yīng)的編號(hào)及身份信息。
5.2 傳感器故障排查
當(dāng)振弦式傳感器測量出現(xiàn)故障時(shí)，可用萬用表檢查傳感器芯線間的電阻值，其正常狀況紅、黑芯線電阻值通常為300～900Ω左右；綠、白芯線電阻值在溫度25℃時(shí)應(yīng)為3kΩ左右；紅、黑線對綠、白線或?qū)ζ帘尉€(裸線)間絕緣電阻值應(yīng)﹥50MΩ(測量絕緣電阻時(shí)可使用100V 直流兆歐表，萬用表測量絕緣電阻應(yīng)用MΩ檔，其值應(yīng)為無窮大∞)。
5.3 電纜故障排查
振弦式傳感器電纜接長通常用型號(hào)為YSPT－4水工專用觀測電纜，其電纜電阻值約為45Ω/km左右。
5.3.1 用萬用表測量(黑、紅芯線)的電阻值：正常情況為300～900Ω左右，再加上電纜電阻值。
a) 如果電阻測值正常，可能儀器損壞或進(jìn)水；
b) 如果電阻測值非常大或無窮大，電纜可能斷路；
c) 如果電阻測值非常小，電纜可能是短路；
其表現(xiàn)為讀數(shù)儀測量不出頻率值。
5.3.2 用萬用表測量(白、綠芯線)的電阻值：正常情況在溫度25℃時(shí)應(yīng)為3kΩ左右，再加上電纜的電阻。
a) 如果電阻測值正常，請檢查讀數(shù)儀及其測量連接線；
b) 如果電阻測值非常大或無窮大，電纜可能是斷路；
c) 如果電阻測值非常小，電纜可能短路。
其表現(xiàn)為讀數(shù)儀測量不出溫度值。
5.3.3 用100V 直流兆歐表或萬用表測量傳感器芯線(紅、黑線對地線，白、綠線對地線，紅、黑線對白、綠線)的電阻，其測值如果很小(﹤5MΩ)，可能電纜接頭進(jìn)水短路。
其表現(xiàn)為讀數(shù)儀測量正常，MCU-32自動(dòng)測量單元測量頻率值可能會(huì)引起測值不穩(wěn)，測量溫度值將比正常值偏低10～20℃左右。
5.4 讀數(shù)儀測值不穩(wěn)
a) 將屏蔽線并接到讀數(shù)儀測量線的黑線夾子上；
b) 可能電纜接頭處進(jìn)水，將其剪掉，重新連接；
c) 確定傳感器的頻率范圍，正確選擇讀數(shù)儀的激勵(lì)類型；
d）確定傳感器的電阻基值，正確選擇讀數(shù)儀的電阻基值；
e) 檢查附近是否有干擾源，如電機(jī)、發(fā)電機(jī)、天線或交流動(dòng)力電纜，遠(yuǎn)離上述干擾源。
5.5 其它
振弦式傳感器安裝就位前、后應(yīng)及時(shí)測量頻率和溫度值，根據(jù)傳感器編號(hào)和設(shè)計(jì)編號(hào)作好記錄并存檔，特別注意保護(hù)傳感器信號(hào)引出電纜。
安全監(jiān)測儀器術(shù)語定義
頻率模數(shù)：振弦式傳感器的測量單位之一，為輸出信號(hào)頻率平方的千分之一（f2/1000），以kHz2表示。
起始值：儀器在現(xiàn)場零荷載下的測值。
初始值：儀器安裝后，在既定荷載下，安裝影響消除后的測值。
基準(zhǔn)值：相對于荷載條件的計(jì)算起點(diǎn)的測值。
滿量程：儀器標(biāo)稱范圍兩極限之差的模，以FS表示。例如，對從－10V～＋10V的標(biāo)稱范圍，其量程為20V。
振弦式傳感器工作特性所決定的輸出頻率的平方和最小輸出頻率的平方的代數(shù)差。
以頻率模數(shù)（輸出頻率的平方除以1000）為輸出量的振弦式傳感器，其滿量程輸出可表征為其輸出頻率模數(shù)和最小輸出頻率模數(shù)的代數(shù)差。
分辨力：在測量范圍內(nèi)，振弦式傳感器所能感測的被測量的最小變化值，以滿量程輸出百分比表示。
滯后：振弦式傳感器在輸入量作滿量程變化時(shí)，對于同一輸入量，傳感器的正、反行程輸出量的偏差，以滿量程輸出百分比表示。
不重復(fù)度：振弦式傳感器在一段時(shí)間間隔內(nèi)，在相同的工作條件下，輸入量從同一方向作滿量程變化，多次趨近并到達(dá)同一校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)所測量的一組輸出量之間的分散程度，以滿量程輸出百分比表示。
非線性度：振弦式傳感器正 、反行程實(shí)際平均特性曲線相對于參比直線的偏差，用滿量程輸出的百分比來表示。
綜合誤差：振弦式傳感器進(jìn)程平均校準(zhǔn)曲線和回程平均校準(zhǔn)曲線二者與工作直線的偏差，用滿量程輸出的百分比來表示；該誤差是反映振弦式傳感器的綜合性能指標(biāo)。
