橋梁撓度儀校準(zhǔn)方法探討與示值誤差的不確定度分析
2017-08-21
前言：
橋梁撓度對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)而言是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它直接反映橋梁結(jié)構(gòu)的豎向整體剛度，是反映橋梁線性變化的重要依據(jù)?，F(xiàn)在人們常用的撓度測(cè)量有使用精密水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS、自準(zhǔn)直儀以及橋梁撓度儀等，前面幾種常用的大地測(cè)量?jī)x器都有相應(yīng)的國(guó)家規(guī)程開(kāi)展周期檢定，而橋梁撓度儀在檢定和校準(zhǔn)方面仍然是一個(gè)空缺，因此，我們單位開(kāi)展了對(duì)橋梁撓度儀校準(zhǔn)方法的研究。
1.橋梁撓度儀簡(jiǎn)介
橋梁撓度儀是新型橋檢儀器，主要用于橋梁靜態(tài)、動(dòng)態(tài)撓曲度的測(cè)量，橋梁竣工驗(yàn)收、鑒定；軍用浮橋、吊橋等特殊橋梁檢測(cè)；大壩、碼頭的變形及震動(dòng)位移監(jiān)測(cè)；或大跨度結(jié)構(gòu)的梁、柱、高層建筑、起重機(jī)械、鉆井平臺(tái)等的變形、振動(dòng)的位移。較常見(jiàn)的有FTQN系列的橋梁撓度儀，F(xiàn)TQN系列橋梁撓度檢測(cè)儀將專用靶標(biāo)固定待測(cè)橋梁被測(cè)點(diǎn)，使靶標(biāo)與橋梁有機(jī)的結(jié)合起來(lái)形成共振，將橋梁震動(dòng)轉(zhuǎn)換成特定波長(zhǎng)的光源震動(dòng)，通過(guò)光學(xué)解析系統(tǒng)將待測(cè)光信號(hào)解析至專用高精工業(yè)CCD，檢測(cè)靶標(biāo)在CCD上成像的中心坐標(biāo)的變化即可精確測(cè)量被測(cè)橋梁在載荷作用下產(chǎn)生的縱向和橫向位移及其對(duì)時(shí)間的響應(yīng)曲線。系統(tǒng)的K值（Kx，Ky），即CCD上每個(gè)象素代表的實(shí)際位移值，可在測(cè)量之前進(jìn)行標(biāo)定。以該其中一個(gè)型號(hào)的橋梁撓度儀為例，它的技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量距離：10―300m（電池靶標(biāo)）300―500m（交流靶）。測(cè)量量程：水平最大：300mm；豎向最大：400mm。分 辨 率：測(cè)量范圍的1‰。測(cè)量精度：±0.03mm（10米距離動(dòng)態(tài)測(cè)量）。采樣頻率：100Hz。測(cè)量點(diǎn)數(shù)：動(dòng)撓度檢測(cè)一個(gè)點(diǎn)兩個(gè)方向（兩維）；靜撓度檢測(cè)可擴(kuò)展到20各點(diǎn)（兩維）。
2.影響橋梁撓度儀測(cè)量結(jié)果的因素
按照一般計(jì)量器具以及橋梁撓度儀的儀器結(jié)構(gòu)，該儀器有以下幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)：
2.1水準(zhǔn)氣泡的準(zhǔn)確度
水準(zhǔn)起泡是否正常直接影響儀器是否在水平狀態(tài)下工作，因此在使用儀器的時(shí)候必須檢查水準(zhǔn)起泡是否居中，以避免儀器不水平帶來(lái)的誤差。
2.2各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的垂直度
從橋梁撓度儀的結(jié)構(gòu)可知，儀器的主體部分是一個(gè)電子經(jīng)緯儀，如果是按照經(jīng)緯儀的檢定方法，三軸的垂直度對(duì)儀器是否合格至關(guān)重要。
2.3CCD和光路觀測(cè)系統(tǒng)的精度
如果說(shuō)前面的經(jīng)緯儀裝置是主體部分，那么CCD和光路觀測(cè)系統(tǒng)的精度則是橋梁撓度儀的核心部分。
2.4實(shí)驗(yàn)人員的讀數(shù)誤差
操作員在瞄準(zhǔn)目標(biāo)及讀數(shù)的過(guò)程中會(huì)有誤差
由于是對(duì)橋梁撓度儀校準(zhǔn)方法的初步研究，因此，以上影響因素最終是反映到橋梁撓度儀的靜態(tài)示值誤差上，也是橋梁撓度儀產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上的最重要技術(shù)指標(biāo)，因此，橋梁撓度儀的靜態(tài)示值誤差作為校準(zhǔn)的主要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。
3.橋梁撓度儀校準(zhǔn)方法
本文主要介紹撓度儀靜態(tài)示值誤差的校準(zhǔn)。靜態(tài)示值誤差是橋梁撓度儀技術(shù)指標(biāo)的最直接反映，因此，判定一臺(tái)撓度儀是否符合測(cè)量的要求可以歸結(jié)為對(duì)其靜態(tài)示值誤差的檢定。在校準(zhǔn)過(guò)程中，我們主要使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具是經(jīng)緯儀檢定裝置和垂準(zhǔn)儀檢定裝置（光電數(shù)據(jù)采集部分）。根據(jù)橋梁撓度儀的測(cè)量原理，我們把標(biāo)靶安裝在垂準(zhǔn)儀檢定裝置（光電數(shù)據(jù)采集部分）上，通過(guò)控制雙軸位移的量，與橋梁撓度儀上監(jiān)測(cè)到的偏移量進(jìn)行對(duì)比，從而算出靜態(tài)測(cè)量的示值誤差。具體的操作如下：在30 m基線場(chǎng)的兩端安置兩個(gè)腳架，分別把撓度儀和激光垂準(zhǔn)儀檢定裝置的讀數(shù)設(shè)備水平安放在腳架上，把靶標(biāo)固定在垂準(zhǔn)儀讀數(shù)裝置的x軸上。按照說(shuō)明書(shū)操作撓度儀，瞄準(zhǔn)靶標(biāo)，在軟件的界面上能正常顯示撓度曲線并且趨于穩(wěn)定后置零。將檢定裝置置零，轉(zhuǎn)動(dòng)檢定裝置的微調(diào)裝置，使得靶標(biāo)在x軸上移動(dòng)一段距離，檢定裝置上的讀數(shù)為m，待撓度曲線穩(wěn)定后，記錄振幅為x。示值誤差e=x-m。 校準(zhǔn)撓度儀的Y軸示值誤差，把靶標(biāo)固定在檢定裝置的Y軸上，依據(jù)上述同樣操作進(jìn)行校準(zhǔn)。
4.靜態(tài)示值誤差的不確定度分析
垂準(zhǔn)儀檢定裝置誤差引起的不確定度u （m）
在校準(zhǔn)過(guò)程中使用的垂準(zhǔn)儀檢定裝置的二級(jí)光電數(shù)據(jù)采集器一二級(jí)光柵的準(zhǔn)確度不大于0.005 mm，均勻分布，有
=0.003 mm
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：
主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表（見(jiàn)表3）
