水平测斜仪.doc

Bsil-C12B型固定式水平沉降仪安装使用手册 10

Bsil-C12B固定式水平测斜（沉降）仪
安装使用手册
（REV A,3/05）

北京SOIL仪器有限公司______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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目 录

1. 介绍 2
1.1. 沉降仪传感器原理 2
2. 安装 2
2.1 初步检验 2
2.2 Bsil-C12B组装 3
2.3 连接集线箱或数据采集系统 4
3. 读数 4
3.1 数据采集系统读数 4
3.2 RB500读数仪 4
3.3 温度测量 4
4. 数据处理 5
4.1. 沉降计算 5
4.2. 温度修正 5
4.3. 偏移量（扰度）计算 6
4.4. 环境因素 6
5. 故障排除 6
附录 A- 技术指标 7
A.1.MEMS传感器 7
A.2.热敏电阻(参见附录B) 8
附录 B- 半导体温度计温度推导公式 9
附录 C- 电缆连接 10

1. 介绍
Bsil-C12B固定式（水平）沉降仪设计用于长期监测大坝、基础墙、回填料等类似建筑结构的沉降变形。仪器的基本原理是利用在建筑物内部钻孔，将倾斜仪传感器装入标准的测斜管中，以测量建筑物或结构内部的沉降状态。在钻孔内安装多只倾斜仪可以更加准确的监测建筑物或构筑物内部的变形情况，见图1。
连接杆

图1 –Bsil-C12B传感器示意图
1.1. 沉降仪传感器原理
传感器内有1组MEMS（微型机电系统）传感器密封在壳体内部。传感器上部有一个安装支架，可与滑轮组件固定。一个滑轮为定滑轮（固定轮），另一个滑轮具有弹性，保证传感器在有凹槽的测斜管内位置居中，并可沿测斜管滑动，且不会整体旋转。传感器下端有一个突出的部件，可与连接杆固定。电缆由测斜管的管口引出。仪器内部装有热敏电阻，用以测量温度。
2. 安装
2.1 初步检验
标准系统
传感器在安装之前应进行检验。每只传感器都有一张率定表，表上给出了输出电压与倾角之间的关系。将传感器电缆接入数据采集系统，或Bsil-TLT1读数仪（见第3节）。红与黑组导线为电源输入，黑（B）与白（A）为电压输出。通过改变传感器位置粗略观察传感器读数是否正常，传感器应该有稳定的读数。温度电缆为绿与黑一组导线，可以通过欧姆表来测量电阻，对比表B-1查出温度值，以确定环境温度。或直接使用Bsil-1-RO-VW-3读数仪测量温度。
绝缘性能也可通过欧姆表来测量，绿与黑导线之间的电阻在25℃时应为3000Ω（见表B-1）。任何导线与外壳之间的电阻应大于2兆欧。

图2 Bsil-C12B MEMS 固定式水平沉降仪安装示意图
2.2 Bsil-C12B组装
Bsil-C12B MEMS型固定式水平沉降仪安装时应安装于标准测斜管（两队凹槽）中垂直的凹槽中。
1．第一只传感器按下面步骤安装：
将第一段连接管接到底部滑轮组件（不带万向节装置）上，这段管的长度以设计的尺寸为准（某些情况下，两根以上的管可用连接件连在一起）。用配套的螺丝、螺母连接安装，并在螺纹连接处滴一滴 “Loctite（乐泰）—271”螺纹锁固剂（需另购），将安装好的螺丝锁紧。
注意：连接管公差要紧密配合。若螺丝不能通过连接处，要用钻扩孔。所有滑轮组件中的固定轮均应在测斜管的下部。
然后将第一只传感器与连接管组装到一起（螺纹上使用螺纹锁固剂），安装时应保证传感器标有“＋”号的方向在测斜管中应向上。
然后将传感器与一个中间滑轮（带有万向节）组装到一起（螺纹上使用螺纹锁固剂）。
2．仪器装好后，即可推入测斜管，建议使用安全绳。如使用，将安全绳的一端固定在底部滑轮与连接杆的连接部位。建议在仪器的滑轮轴承上涂抹适量机油，以保证滑轮灵活转动。滑轮应在测斜管中垂直方向的凹槽中，并且固定轮应在测斜管的下部。如果滑轮方向有偏差，应及时进行调整。安全绳可保证仪器组装过程需要调整或后期仪器需要回收时，可将传感器安全的拉出。
3. 第二只传感器的安装。
根据设计要求的长度，将下一根连接管组装到已经安装好的中间滑轮组上。然后按顺序组装第二只传感器以及第二个中间滑轮。组装方法同上。组装时使用螺螺纹锁固剂锁固螺栓。
注意传感器的带有“＋”号的方向向上；滑轮组的固定轮方向向下；滑轮应对准测斜管垂直方向的凹槽。
4.组装过程中，用尼龙绑扎丝将电缆固定在连接管上。避免相互缠绕。记录每个位置所安装传感器的编号。
5.当最后一只传感器及滑轮组装完成并推入测斜管后，可用管口装置将系统固定。安全绳可以固定在管口附近或其它位置，电缆可引入测量单元。注意对电缆及安全绳的保护。系统装好后，即可测量并记录初始读数，建议让系统稳定几个小时再测量记录初始读数。
2.3 连接集线箱或数据采集系统
人工读数可使用Bsil-TLT1读数仪。电缆可接入集线箱，以通过集线箱进行仪器的切换，也可接入数据采集系统。接线时参考附录C的接线方法。
3. 读数
3.1 数据采集系统读数
通常情况下，采集系统可自动对测斜仪进行连续测量。
3.2 RB500读数仪
Bsil-TLT1读数仪设计用于野外人工读取测斜仪数据，此读数仪没有存储功能。适合用于不需连续监测的情况，也适用于安装期间或在自动采集系统没有组建时使用。
按照Bsil-TLT1读数仪接线板端子的标记单独接入传感器即可。参考附录C。
3.3 温度测量
温度的变化对MEMS传感器的影响极小，通常可以忽略不计。如果发生温度对倾斜仪的测量产生影响时，可通过测量每只测斜仪的工作温度来消除。因此，每只测斜仪都装有热敏电阻用于测量温度，以消除温度的影响。
1) 测量温度时，可用欧姆表连接热敏电阻的电缆（由于温度变化时，热敏电阻阻值变化非常大，因此电缆电阻通常可忽略）。
2) 温度可以通过电阻阻值对应表B-1查出，也可根据B-1提供的公式计算得出。也可使用Bsil-1-RO-VW-3读数仪来直接测量并显示温度值。
4. 数据处理
4.1. 沉降计算
MEMS传感器的输出电压与水平方向倾角的正弦成比例。在±15度，传感器的最大输出电压大约为±4V。
Bsil-TLT1读数仪显示的电压是以2：1的方式显示输出的，6155型倾斜仪在±15°时对应的输出电压为±4V，对应在Bsil-TLT1读数仪上将显示为±2V。因此当使用Bsil-TLT1型读数仪读数时，其读数应取2倍。
Bsil-TLT1读数仪A或B通道的读数“R”与倾角 “q”之间的关系入下：
q =Sin –1(RG) 或 Sinq = RG
公式 1 倾角与电压换算.

这里“R”是测量得到的电压值；使用Bsil-TLT1读数仪时，R=2RC,RC为在Bsil-TLT1上获取的读数。
“G”是率定表中给出的仪器系数。
注意：因是关心的是倾度变化，在倾角为较小的零读数可忽略。
4.2. 温度修正
Bsil-C12B型测斜仪的输出量随温度的变化通常很小：温度每升高1°C，读数减少0.0005V。因此，温度的修正可用下述公式：
Sinq温度修正 = [R+0.0005(T1-T0)]G （度）
公式 2 倾斜计算的温度修正
通常情况下，温度的变化非常小，可不考虑温度修正。如果要求精度较高，可用公式“R+0.0005（T1-T0）”代替公式4中的 “R”。另外，温度的突变还可能引起结构以及测斜仪的突变，这将在读数上显现出来。因此，应始终记录仪器的温度并做比较，并且尽量在仪器和结构处于温度平衡时读数，最佳监测时间是傍晚或清晨的几个小时内。
4.3. 偏移量（扰度）计算
顶部偏移量等于各段偏移量的总和。每一段的偏移量可通过Lsinq计算得出。这里L是两只传感器之间的长度，q是这段传感器测得的垂直面方向的偏移角度。将每段的偏移量累加，即得出测斜管末端的偏移量（如图3，通常由孔口向钻孔末端累加）。即：

图3 沉降间隔
D5 =L1sinq1+L2sinq2+L3sinq3 +L4sinq4+L5sinq5
公式3 沉降计算
如果忽略温度修正，则
D5 =G1L1R1+G2L2R2+G3L3R3+G4L4R4+G5L5R5
偏差变化ΔD为：
ΔDn=ΣGnLnΔRn
公式4 沉降量（垂直位移）计算
4.4. 环境因素
安装测斜仪是为了监测测现场条件，对于影响这些条件的因素都要进行观测、记录。有时一点小变化可能对于检测的结构特征产生重要影响，也可能是对潜在问题的早期征兆。以下是其中一些因素，但不仅限于此：暴风、降雨、潮汐或水库水位、开挖与填筑、交通、温度、大气压变化、周围建筑人员活动、季节变化等。
5. 故障排除
Bsil-C12B型测斜仪的维护和故障排除仅限于电缆连接的定期检查和终端的维护，传感器本身是密封的，不能打开检查。
如果有问题，查看下列问题及解决方法，如果仍有问题，咨询厂家帮助解决。
症状：测斜仪读数不稳
附近是否有电噪源？大多数电噪源可能来自发动机，电动机，电焊机以及大功率的无线电天线。将电缆挖沟埋设并做金属网屏蔽，可适量消除电噪影响。也可利用手动读数仪读数。
读数仪是否与另外一只仪器接在一起？如果不是，可能是读数仪电池电压低或者出现了故障。
症状: 没有读数
电缆是否被剪切或被压断？这可以使用欧姆表来测量电缆阻值。热敏电阻25℃时电阻应该为3000欧姆. 记住要加上电缆的电阻(22AWG绞合铜芯导线电阻大约为14.7Ω×2 /1000英尺或48.5Ω×2/km ). 阻值很高﹝兆欧）或无穷大，电缆极可能有断路. 阻值很低（≤20Ω或接近零，电缆可能有短路）
读数仪是否与另外一只仪器接在一起？如果不是，可能是读数仪出现了故障.
症状: 热敏电阻组值过高.
是否断路? 检查所有连接、终端和插头。
症状: 热敏电阻阻值太低.
是否短路? 检查所有连接、终端和插头。
测斜仪或电缆可能进水，有可能无法补救。

附录 A- 技术指标
A.1.MEMS传感器
型号:
Bsil-C12B
量程:
±15°
灵敏度:1
±6弧秒, (±0.03mm/m)
精度
0.1% FS
线性:
0.2%F.S (在+/- 5度时), 0.5% FS (在+/- 10 度时).
十字轴灵敏度
4%
温度漂移:
- 0.5弧秒/℃
工作温度
-40 ～ +85° C
工作电压
标准12 VDC～5VDC ±0.25VDC
传感器输出量:
±4Volts@F.S
耐冲击:
20kg
热敏电阻:
3000W 时为 25oC
传感器直径:
32 mm, (1.250").
长度:
187 mm,(7.375").
重量:
0.7 kg. (1.5 lbs.).
材料:
304 不锈钢
电缆:
3组 (共6芯线) 24 AWG
屏蔽线, 绝缘电缆, 标准直径=6.3 mm (0.250")
表A-1 Bsil-C12B EMES传感器技术指标
注:
1 对于最好的结果要用一台4½位的高精度（0.02％）数字电压表。
取平均值将得到约 2弧秒的分辨率
A.2.热敏电阻(参见附录B)
温度范围：－80～＋150℃
精度：±0.5℃

附录 B- 半导体温度计温度推导公式
半导体温度计类型：YSI 44005,Dale＃1C3001-B3,Alpha＃13A3001-B3
电阻转化为温度的公式：

公式 B－1 半导体温度计阻值-温度换算关系
这里： T＝摄氏温度
LnR =阻值的自然对数
A=1.4051×10-3(在-50～+150℃范围内计算有效)
B=2.369×10-4
C=1.019×10-7
电阻(Ω)
温度℃
电阻(Ω)
温度℃
电阻(Ω)
温度℃
电阻(Ω)
温度℃
电阻(Ω)
温度℃
201.1K
-50
16.60K
-10
2417
30
525.4
70
153.2
110
187.3K
-49
15.72K
-9
2317
31
507.8
71
149.0
111
174.5K
-48
14.90K
-8
2221
32
490.9
72
145.0
112
162.7K
-47
14.12K
-7
2130
33
474.7
73
141.1
113
151.7K
-46
13.39K
-6
2042
34
459.0
74
137.2
114
141.6K
-45
12.70K
-5
1959
35
444.0
75
133.6
115
132.2K
-44
12.05K
-4
1880
36
429.5
76
130.0
116
123.5K
-43
11.44K
-3
1805
37
415.6
77
126.5
117
115.4K
-42
10.86K
-2
1733
38
402.2
78
123.2
118
107.9K
-41
10.31K
-1
1664
39
389.3
79
119.9
119
101.0K
-40
9796
0
1598
40
376.9
80
116.8
120
94.48K
-39
9310
1
1535
41
364.9
81
113.8
121
88.46K
-38
8851
2
1475
42
353.4
82
110.8
122
82.87K
-37
8417
3
1418
43
342.2
83
107.9
123
77.66K
-36
8006
4
1363
44
331.5
84
105.2
124
72.81K
-35
7618
5
1310
45
321.2
85
102.5
125
68.30K
-34
7252
6
1260
46
311.3
86
99.9
126
64.09K
-33
6905
7
1212
47
301.7
87
97.3
127
60.17K
-32
6576
8
1167
48
292.4
88
94.9
128
56.51K
-31
6265
9
1123
49
283.5
89
92.5
129
53.10K
-30
5971
10
1081
50
274.9
90
90.2
130
49.91K
-29
5692
11
1040
51
266.6
91
87.9
131
46.94K
-28
5427
12
1002
52
258.6
92
85.7
132
44.16K
-27
5177
13
965.0
53
250.9
93
83.6
133
41.56K
-26
4939
14
929.6
54
243.4
94
81.6
134
39.13K
-25
4714
15
895.8
55
236.2
95
79.6
135
36.86K
-24
4500
16
863.3
56
229.3
96
77.6
136
34.73K
-23
4297
17
832.2
57
222.6
97
75.8
137
32.74K
-22
4105
18
802.3
58
216.1
98
73.9
138
30.87K
-21
3922
19
773.7
59
209.8
99
72.2
139
29.13K
-20
3748
20
746.3
60
203.8
100
70.4
140
27.49K
-19
3583
21
719.9
61
197.9
101
68.8
141
25.95K
-18
3426
22
694.7
62
192.2
102
67.1
142
24.51K
-17
3277
23
670.4
63
186.8
103
65.5
143
23.16K
-16
3135
24
647.1
64
181.5
104
64.0
144
21.89K
-15
3000
25
624.7
65
176.4
105
62.5
145
20.70K
-14
2872
26
603.3
66
171.4
106
61.1
146
19.58K
-13
2750
27
582.6
67
166.7
107
59.6
147
18.52K
-12
2633
28
562.8
68
162.0
108
58.3
148
17.53K
-11
2523
29
543.7
69
157.6
109
56.8
149

55.6
150

表 B-1 半导体温度计阻值-温度对照表

附录 C- 电缆连接

红线
=
12 V直流电源（＋）
（红）黑
=
接地（－）

=

白
=
A 轴信号（＋）
（白）黑
=
A 轴接地（－）

=

绿
=
B 轴信号（＋）
（绿）黑 *
=
B 轴接地（－）

裸线
=
屏蔽

注意：在单轴传感器中，绿色与黑色组导线一般用于测量热敏电阻。如有必要最好人工测量，或单独接入数据采集系统。