高架桥梁应变检测分析仪的研制

　　随着市政建设的发展, 道路交通不断改进, 我国的高架桥梁建设越来越多, 高质量高架桥梁是避免交通事故的重要保障, 在桥梁质量检测中桥梁的钢筋或钢梁内部应变量是重要的技术指标。应变量超过最大允许值时, 如果不及时发现和整治, 是交通事故的重大隐患。

　　以前高架桥梁应变量的测量设备多( 包括应变仪、巡回检测仪和微机) 、体积大, 搬运和使用极不方便, 并且静载、动载应变量要分别测量。静载应变量的测量采用双桥串联结构的直流半桥电桥, 用/ 零点测读法0测量。其中一个为测量电桥( 由两个应变片和两个标准电阻构成的半桥) , 另一个为读数电桥( 由4 个手动电位器构成) 。加载前电桥的/ 初读0零点和/ 加载0后的再读零点都是通过手工调节读数的。动载应变测量的电桥为交流电桥, 由于动载下桥梁结构变形, 电桥失去平衡, 其输出电平随时间变化, 无法使用静载测量的/ 零点测读法0 来测量动态应变, 采用交流电桥使仪器电路设计变得复杂。为了解决这些问题, 我们研发出了专用高架桥梁应变量检测的分析仪, 该仪器重3 公斤, 操作界面友好,检测精确可达0. 01。可单机使用, 显示和打印测量结果; 又可通过USB 接口与笔记本电脑( PC 机) 对接, 显示、打印和分析测量结果。

　　1 系统设计

　　为弥补以前在高架桥梁应变量测量上的不足,该仪器在设计上更具智能化, 同时适用在静载和动载作用下的高架桥梁应变量的检测, 系统方框图如图1 所示。

　　在系统中, 测量电桥与调零电桥为两个互相串联的电桥, 它们的输出值U0 经过程控放大电路放大后将结果传输给单片机的A/ D 电路, 单片机根据调零电桥内的电阻值变化值和应变量之间的关系求出应变量。

　　1. 1 测量原理

　　1) 串联电桥的工作原理

　　该应变检测分析仪将静态测量和动态测量用同一个测量电桥完成, 其原理如图2 所示。

　　图2( a) 中, 测量电桥仍为半桥式, R1 为工作应变片, R2 为温度补偿应变片, R3、R4 为仪器内部两个标准无感线绕电阻, 多路开关由两块CD4051 并联, 构成16 个通道, 用于通道切换, RS 起到与R 1 支路电阻平衡的作用( 因为多路开关存在沟道电阻) 。调零电桥起加载前、后的零点调节作用。为实现平滑细调, 在RW1和RW2旁并联一个小于1k8 的电阻,

　　2) 静载应变量的测量

　　静载应变量测量, 即加载前RW1 和R W2 在程序控制下, 使W1 , W2 处于中心位置, 电桥输出经放大和A/ D 转换后, 得出/ 初读0值。加载后, 电桥失去平衡, 经放大和A/ D 转换后, 得出/ 加载0值。/ 初读0值和/ 加载0值之差即为本次静载下的应变, 待载荷撤除后, RW1 和RW2 自动恢复到平衡位置, 然后进行第二次、第三次试验, 并得出三次平均值, 作为静载作用下的应变值。