振弦式应变计监测技术及其应用

1、工作原理当被测物体发生变形，会带动点焊应变计变形，变形通过前、后端块传递给振弦，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数采装置，即可测出被测物体的应变量。同步测量埋设点的温度值。

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2、应变计算方法
（1）当外界温度恒定，点焊应变计仅发生轴向变形时，其应变量ε与输出的频率模数ΔD为线性关系：   ε= k×ΔDΔD = D - D0ε—点焊应变计的测量值，单位为10-6；k—点焊应变计的灵敏度系数，单位为10-6/D；ΔD—点焊应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为D；D—点焊应变计的实时测量值，单位为D；
D0—点焊应变计的基准值，单位为D。（2）当点焊应变计不受外力作用时(点焊应变计两端标距不变)，而温度增加ΔT时，点焊应变计有输出量ΔD´，这个输出量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ΔD´与ΔT为线性关系：ε´= k×ΔF´+ b×ΔT = 0kΔF´= - b×ΔTΔT= T - T0b—点焊应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；ΔT—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℃。
（3）布设在混凝土结构物或其它结构物表面的点焊应变计，受到的是变形和温度的双重作用，此时的温度修正系数为点焊应变计的温度修正系数与结构物的线膨胀系数之差，因此点焊应变计一般计算公式为：εm = k×ΔF + b´×ΔT = k×(F - F0)+ (b-α)×(T - T0)

εm—被测结构物的应变量，单位为10-6；α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10-6／℃；混凝土的线膨胀系数通常取值为：α≈8～12×10-6/℃。

（4）点焊应变计的工程值乘以被测物的弹性模量可得被测物的应力。

σ=(k×(F- F₀) + (b - α)×(T-T₀))×E

σ—被测结构物的应力值，单位为MPa；

E —被测结构物的弹性模量，单位为MPa。

三、振弦式应变计特点及优势                                                                               1、振弦式应变计特点

（1）线圈可拆卸设计，便于重复使用；

（2）适合于人工或自动化等多种读数方式；

（3）可调整到合适的张拉和压缩量程，以适应现场工程环境；

（4）包含一个温度传感器，监测应变同时监测温度；

（5）耐水压可达700kPa。

2、振弦式应变计优势

（1）可通过超长电缆准确的重复测读；

（2）超长的设计使用寿命，具有长期的稳定性及可靠性；

（3）线圈可回收重复使用；

（4）微小、轻薄型的设计，便于安装在有限空间的现场环境中。

3、振弦式应变计与电阻式应变片的对比

（1）振弦应变计有着独特的机械结构形式并以振弦频率的变化量来表征受力的大小，因此具有长期零点稳定的性能，这是电阻应变片所无法比拟的。在长期静态测试应变计的选择中，振弦应变计已逐步取代电阻应变片，并已在实际工程和科研项目中广泛应用。

（2）振弦应变计能直接以频率信号输出，因此，较电阻应变片模拟量输出能更为简单方便地进行数据采集、传输、处理和存储，实现高精度的自动测试。

（3）振弦应变计直接输出振弦的自振频率信号，因此，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、受温度影响小、性能稳定可靠、耐震动和寿命长等特点。

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