应力检测系统在质量技术监督工作中的应用

冯宝顺

【摘 要】一些设备在使用过程中其所承受的力在不断的发生着变化，又或者是固定不变但是随着时间的推移钢结构本身发生着变化，如腐蚀、沉降和位移等，这些变化都会改变结构本身的承受能力，如果不及時发现和补救可能会带来严重的后果。在一些设备上安装应力检测仪建立钢结构应力监测系统，对结构的受力状况进行时时监测，为设备的安全运行保驾护航。

监测系统工作原理

应力监测系统主要由传感器、数据采集器、无线通讯系统、远程计算机等几部分组成。当受力设备钢结构受力发生异常变化时，可及时发出预警信号，以便及时采取相关措施，确保设备的安全运行。

安装在钢结构上的应力传感器把钢结构杆件的应力变换成频率信号，通过数据采集电缆传输给数据采集器，数据采集器对数据进行前期处理后，通过无线数据传输系统，传输给远程计算机。

远程计算机对收到的数据进行各种后期处理后，存入本地数据库，供操作者浏览、查询、导出数据等。同时，远程计算机可对现场监测系统进行控制，设定各种采集参数，控制数据采集等。

无线通讯系统

现场数据采集器与远程控制计算机的联接采用无线方式，通过4G或5G网络，经Internet与远程控制中心联接。监测系统采集的数据上传到远程控制计算机，在远程控制计算机也可以对现场监测系统进行实时访问、控制等。

设备、器件选型

长期监测系统对传感器的稳定性要求极高。若传感器的稳定性不佳，长期缓慢的漂移，最终会完全掩盖真实数据的变化，造成监测失败。可选用振弦应力传感器，其不但具有极高稳定性，同时具有频率信号传输、抗干扰能力强、传输距离远、不怕水等特点，极其适合钢这种室外的、长时间的监测环境。

振弦应力传感器工作原理如下：传感器内部有一根固定长度、张紧的特制钢丝，通过传感器的固定座固定在钢结构表面。当钢结构的应变变化时（钢结构单位长度发生变化），通过固定座传递给钢丝，致使钢丝的长度发生变化，即张紧程度（张力）发生变化。

自动数据采集器

自动数据采集器可以自动采集多个应力传感器的应力及温度数据，并对数据进行一定的处理计算后进行存储，也可传送给计算机，适用于监测系统自动数据采集，用于长期监测系统数据日常运行中的数据采集。

设备钢结构长期应力监测测点数据采集由数据采集器每天自动完成，自动发送到远程监测计算机。在特殊工况时（如台风、大雪等），调整自动数据采集频率，以便更真实反映快速变化载荷的影响。

在所有系统硬件安装完成后，进行系统硬件测试、软件测试。经测试，系统运行正常，到达设计要求。

硬件测试

1）传感器测试：通过读数仪，对传感器进行测试，确保每个传感器读数都是正常。

2）数据采集器测试：把传感器电缆分别接数据采集器的相应通道，对采集器进行测试。所有通道采集数据正常后，设定采集器为自动采集方式，24小时不停地采集3天，测试数据采集系统的工作稳定性。

3）通讯线路测试：测试各采集器之间、采集器与计算机之间的通讯情况。确保通讯线路正常。

软件调试

在远程计算机上安装系统软件，对程序框图中各功能模块如传感器参数设定、数据采集、数据查询、数据备份导入、数据打印、用户管理、远程通讯等逐一测试。确保软件正常运行。

系统正常后，远程计算机系统设置为自动采集方式，自动获取各采集器检测数据。连续采集3天测试整个监测系统的工作稳定性。

钢结构应力监测系统测试阶段运行的监测数据的整理、计算和分析，表明钢钢结构监测系统完全到达设计要求，采集数据准确、稳定可靠，系统功能完善。

监测数据分析

以大型网状棚体结构为例，通过对测试阶段的监测数据的整理、计算和分析表明，设备钢结构应力变化趋势与温度变化趋势明显相关，受昼夜温度变化影响明显。这种昼夜变化的趋势，对钢结构来说，这主要反映的是温度变化引起的钢结构热应力变化。

应力监测数据，日变化基本呈现围绕一个水平轴上下波动的变化趋势。从测试阶段的监测数据分析，钢网架结构应力波动范围不大，日波动基本在6MPa范围以内。主要为钢结构热应力造成（昼夜温差约6℃）。

从结构应力及温度变化曲线可以明显看出，钢结构应力变化趋势与温度变化趋势密切相关，部分变化趋势表现为应力与温度呈反比的关系，即温度升高，应力下降;温度下降，应力升高。部分结构测点表现为应力与温度成正比的关系，即温度升高，应力升高;温度下降，应力下降。呈现正比或反比关系，主要由测点处各杆件热应力相互作用情况决定。

网架结构测点典型应力变化曲线见图1：日应力变化曲线（温度正相关）、图2：日应力变化曲线（温度负相关）

结束语

应力监测系统在质量技术监督中发挥着重要的作用，随着现代化技术的改进，该技术也愈加成熟，通过对设备受力状态进行动态的记录和分析，有助于我们对设备的状态有一个实施的把控，及时发现问题并整改，保证了设备的安全运行。

参考文献：

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（作者单位：国家电力公司水电施工设备质量检验测试中心）