索力動測儀，在現代大跨度橋樑中，斜拉橋是一類重要的橋型。
基本介紹
- 中文名：索力動測儀
- 外文名：Cable force measuring instrument
- 用途：橋樑建設
索力測試,儀器簡介,測試流程,
索力測試
在現代大跨度橋樑中，斜拉橋是一類重要的橋型。斜拉索作為斜拉橋結構中主要承力構件對橋樑的安全運行起著至關重要的作用，因而對斜拉橋索力的測試也顯得尤為重要。針對橋樑索力測試工程技術人員開發了多種方法，例如磁通量法、壓力法、基頻法等。其中，基頻法以其低成本、便捷性被廣泛套用於橋樑斜拉索索力檢測與監測。
基頻法測試索力以張力弦振動理論為基礎，通過測試弦振動基頻而計算索力值。索力值與基頻滿足如下公式：
索力計算公式 上式中F為索力值，W為拉索單位質量，L為拉索長度，fn為n階諧振頻率。
索力計算公式
儀器簡介
索力動測儀是基於斜拉索振動基頻分析識別的索力測試儀器。拉索振動信號是多諧振動信號組成的複合信號，頻譜分析圖中會出現多個峰值頻率點，每個峰值點對應一個自振頻率。索力動測儀對信號採集後快速自動進行傅立葉變換並顯示頻譜圖，同時將峰值點最高的頻率記錄為主振頻率，記為fn。由於在拉索實際振動時，某些階次振動信號極其微弱，無法在頻譜圖中觀察到，使得某些相鄰峰值點的距離不相等，因此，將以相鄰峰值點距離中最小值作為基頻f1。比值fn/f1即作為主振頻率fn所對應的階次。索力動測儀自動計算給出有n值，受測試時外界環境制約，可能無法獲取標準頻譜圖而導致計算的n值不準確。此時，可以根據頻譜圖人工計算。確認n值，並將正確值直接輸入儀器參數項內。最終，儀器將根據索力計算公式和輸入的參數W和L自動計算出拉索張拉力F。
索力動測儀測試界面
索力動測儀測試界面
測試流程
索力測試流程示意圖
索力測試流程示意圖
3.1感測器連線與固定
a.信號線與感測器連線，注意接口螺帽輕擰，並確保接入牢固
b.首先將強磁鐵與鋁板以及感測器用螺絲固定，後用鋁板上的粘扣將整個感測器固定於測試拉索上，注意磁鐵面正對拉索；感測器為加速度計，固定時請用力將粘扣綁緊，使磁鐵面緊壓住拉索。感測器固定位置離橋面錨點至少3 ~ 4m距離，並要求感測器方向朝上。
c.將信號線上另一端接口接入儀器
3.2SD卡插接與固定
SD卡正面朝外，直接插入面板上SD卡插口，按下會有“咔嗒”聲響，此時SD卡已正確插入。再按一次，SD卡將自動彈出。SD卡為測試數據存儲卡，若需要存儲數據，開機前請先插入SD卡。
3.3開機
按下開關按鈕，檢查螢幕右上角電池電量標識，若電量不夠請及時充電。
3.4工程檔案名稱與計算參數設定
點擊進入“工程設定界面”，儀器默認的檔案路徑為SINE/TEST1，建議用戶命名規則為：一級檔案名稱—構件；二級檔案—拉索編號，例如一座雙塔斜拉橋：1LN/01，即表示該橋1號塔左側拉索北面拉索第1根拉索。
檔案命名示例 除檔案命名外，在工程設定界面有一個重要的係數(比例係數K)需要設定，K值的確定首先諮詢橋樑管理單位或施工單位，直接輸入對應的K值設定處；若不確定也可依據索長L和單位質量W值計算，儀器將根據輸入的L與W值自動計算處K值。由於每根拉索索長不同，因此每根索K值也不同，此處也可暫不設定K值，測量時直接在測量界面設定對應的K值。(註：索長L指拉索橋面錨點與支撐錨點的長度，單位為m；W為拉索1m長的重量，單位為Kg)。
檔案命名示例
3.5採集參數設定
工程檔案設定完成後退出並進入採集索力測量界面。在螢幕上方選擇好對應的測試通道，若感測器接入的是PIN1，請選擇通道1。信號觸發方式儀器默認“信號觸發”，無需改動。放大倍數儀器默認為29dB，參數調節時先將放大倍數調至53或59dB。採樣頻率儀器默認為500Hz，可先不做改動。保存方式儀器默認為“手動保存”，可先不做改動。按螢幕右側信號採集按鈕進行信號採集，按下次繼續採集，此時採集信號均不會保存。
放大倍數設定
點擊【確認】鍵，開始採集信號，儀器右下角顯示紅色的“開始採樣”字樣，等待該處顯示“空閒狀態”字樣即表示信號採集完成。查看螢幕信號顯示區所占比例，通過調整放大倍數使信號幅值大小在顯示區垂直方向占2/3左右。如下圖3(a)所示，放大倍數設定為53dB，信號完全飽和，需要減小放大倍數；圖3(b)中，放大倍數設定為29dB，信號幅值偏小，需提高放大倍數。
不同放大倍數信號採集示例
不同放大倍數信號採集示例
按儀器默認的500Hz採樣頻率先進行一次數據採集，完成信號採集後儀器將自動識別主頻，即頻幕頻譜圖顯示區中Fn1值。依據採樣定理，信號採樣率一般要求為信號頻率的5~10倍。例如，當Fn1=20Hz，則儀器採樣頻率設定範圍為100~200Hz,本儀器中採樣頻率則可供選擇125或250Hz，此時按高採樣率選擇，即選擇250Hz為佳。
觸發閾值是指當信號幅值達到設定值時，觸發信號採集。觸發閾值設定需配合放大倍數進行調節，儀器出廠前有默認的觸發閾值設定，一般不需要進行調節。需要進行調節時進入閾值設定狀態，點擊頻幕右側工具列中第一個圖示，旋轉功能旋鈕1和2進行調節，此時螢幕信號顯示區橫向的藍色和紅色游標線移動。
觸發閾值需要調節的情形是當放大倍數設定為29dB時，採集信號，當按完【確認】鍵時，信號立即被採集並顯示在螢幕上，且信號波形雜亂無章，則很有可能採集信號為噪聲信號，此時需要將觸發閾值提高。觸發閾值設定過高將會出現信號無法觸發，儀器始終(超過1分鐘)處於等待信號採集狀態，此時需要將觸發閾值調小。
3.6信號採集與分析
完成上述參數設定後，將保存方式設定為“自動保存”。
左下角檔案名稱默認為工程設定界面所設定檔案名稱，其中直接點擊該處可快速修改二級檔案名稱，即索號修改。例如，當測試完第1根索(檔案名稱：1LN/01)後無需再進入工程設定界面設定檔案名稱，直接在在此處將二級檔案名稱修改為“02”。測試編號表示測試數據編號，通常每根索測試5組有效數據即可。
係數K設定默認為工程設定界面設定的K值，在測量界面也可直接修改，直接點擊螢幕下方的“係數”進入設定界面，若已知K值請直接輸入，若未知請設定索長L與單位質量W值(此處請注意長度單位為m，質量單位為Kg)。設定好相應參數後即可進行信號採集，信號採集後儀器將自動對信號進行頻譜變換並識別主振頻峰。
根據索力計算公式，有兩個重要參數階數n與基頻f1，儀器將自動識別信號頻峰並自動計算出階數值和基頻值。但在受外界多種測試環境影響下，可能出現頻譜識別誤差，因此需要人為調節。(1)首先旋轉功能旋鈕1，將游標1移動至頻譜圖中的主頻峰；(2)隨後旋轉功能旋鈕2將游標2移至離主頻峰相鄰的頻峰；(3)如此時頻幕下方階數不是01，請將在該處直接輸入階數值“01”。在這一調節過程中，索力大小將跟隨自動計算並實時更新、顯示在螢幕下方。
頻譜圖峰值識別示例 由於測試過程中或多或少均會受到外界多種因素影響，測試獲取的頻譜圖為非理想圖，往往在主頻峰附近有多個突起的雜峰。因此在上述操作中第(2)點，相鄰峰值識別需要注意選取，從整個頻譜圖觀察每個諧振峰的間距，選擇與間距基本相等的峰值處作為相鄰峰。
頻譜圖峰值識別示例
