關(guān)于巖土工程監(jiān)測(cè)中傳感器的應(yīng)用思考

■王泰棋（廣東省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)中心廣東廣州510000）

關(guān)于巖土工程監(jiān)測(cè)中傳感器的應(yīng)用思考

■王泰棋
（廣東省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)中心廣東廣州510000）

本文主要以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和物理模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，全面介紹和探討了傳感器在巖土工程監(jiān)測(cè)運(yùn)用時(shí)遵循的依據(jù)、標(biāo)定以及數(shù)據(jù)處理的模式，在根本上確保傳感器獲取數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

巖土工程監(jiān)測(cè)傳感器應(yīng)用

0　前言

對(duì)于巖土工程而言，主要包含基礎(chǔ)工程、大壩基礎(chǔ)、深基坑維護(hù)工程等，地質(zhì)條件相對(duì)比較多，人類和自然環(huán)境較為復(fù)雜，要在根本上保證巖體和土體在遭受較大強(qiáng)度的條件下，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的的變形，避免引發(fā)失穩(wěn)現(xiàn)象，亦或是影響與建筑物相依存的巖土層的穩(wěn)定性，為此，要運(yùn)用合適的監(jiān)測(cè)方式，對(duì)整個(gè)工程的安全性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，做出準(zhǔn)確的評(píng)判，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的相關(guān)設(shè)計(jì)理論和模式進(jìn)行有效調(diào)整。監(jiān)測(cè)工作是整個(gè)工程的重要組成部分，但是鑒于巖土的綜合性和復(fù)雜性，其實(shí)際反應(yīng)不存在統(tǒng)一的規(guī)律，致使監(jiān)測(cè)工作需要格外的縝密，更具艱巨性，因此，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，要結(jié)合工程實(shí)際狀況，進(jìn)行傳感器的選擇和使用。

1　合理選用傳感器

在進(jìn)行傳感器選擇的時(shí)候，要對(duì)被測(cè)量的參量進(jìn)行明確，在實(shí)際巖土的監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象為位移或者壓力。鑒于傳感器種類的繁多，能夠運(yùn)用多種款式進(jìn)行壓力等因素的測(cè)量，電容式、平衡式等是常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)方式，為此，要全面了解傳感器的工作性能。在建筑現(xiàn)場(chǎng)，存在多種情況，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確收集，保證過(guò)程的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)與其它采集設(shè)備的有效配合，要對(duì)傳感器的材料進(jìn)行合理選用，如陶瓷、金屬、復(fù)合材料、高分子、超導(dǎo)體等。在巖土中的具體使用，要充分考慮幾點(diǎn)因素。

1.1對(duì)靈敏度進(jìn)行考慮

通常情況，傳感器的靈敏度越高，說(shuō)明品質(zhì)越好，只要靈敏度高，傳感器所感受的變量就會(huì)降低，即使較小的變化信號(hào)被檢測(cè)出，傳感器也會(huì)反應(yīng)靈敏，以較為明顯的信號(hào)形式進(jìn)行輸出，但是，對(duì)于靈敏度較高的傳感器而言，其遭受外界信號(hào)干擾的幾率也較大，因此，對(duì)傳感器的信噪比有明確的規(guī)定，要求較高。

1.2在響應(yīng)方面性能要求

在允許的頻率范圍內(nèi)，其響應(yīng)特征要求不失真，盡量避免響應(yīng)的延遲，保證越短越能滿足要求，通常，光電和壓電效應(yīng)的傳感器具有較強(qiáng)的響應(yīng)速度。

1.3傳感器具有一定的線性范圍

其范圍較寬，其它類型的固有頻率不高，在一定范圍內(nèi)，輸出和輸入成正比，范圍越寬，代表工作量程也就也大。

1.4對(duì)穩(wěn)定性和可靠性的研究

在一定的標(biāo)準(zhǔn)下，傳感器具有在指定時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)性能的能力，條件地產(chǎn)品的相應(yīng)參數(shù)處于合理的誤差范圍之內(nèi)，此時(shí)即可以定為功能的有效完成。

1.5對(duì)精確度的掌控

主要是指?jìng)鞲衅鞫鄿y(cè)定的數(shù)值與真實(shí)數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)一性的程度，傳感器對(duì)數(shù)值反應(yīng)的真實(shí)性對(duì)整個(gè)測(cè)試環(huán)境影響較大，精確度越高，代表傳感器的級(jí)別越高，因此，要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行傳感器的合理選擇。

1.6對(duì)介質(zhì)相容性的分析

在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，傳感器需要接觸一定的介質(zhì)，一旦使用時(shí)間較長(zhǎng)，就會(huì)遭受到損壞，因此，要結(jié)合地質(zhì)和使用時(shí)間的要求進(jìn)行科學(xué)選擇。同時(shí)，在進(jìn)行選擇的時(shí)候，也要充分考慮傳感器的規(guī)格、質(zhì)量等因素，因?yàn)槠渲苯佑绊憸y(cè)量的范圍和布置的限制。

2　對(duì)傳感器標(biāo)定檢定值的介紹

（1）對(duì)于傳感器而言，在出廠之前要進(jìn)行檢定，但是與實(shí)際使用具有一定的差別，同時(shí)，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，損壞也不可避免，因此，在進(jìn)行應(yīng)用之前，要進(jìn)行標(biāo)定處理，主要是進(jìn)行選擇，保證統(tǒng)一性，目的是保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。因此，對(duì)于標(biāo)定而言，主要是借助試驗(yàn)，對(duì)輸入和輸出關(guān)系進(jìn)行確定，保證范圍的有效性。當(dāng)前，對(duì)于標(biāo)定，還沒(méi)有統(tǒng)一的方式，使用者具有不同的標(biāo)定方式。

（2）對(duì)于標(biāo)定，要與采用的環(huán)境進(jìn)行匹配，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定比較合適。進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定的時(shí)候，主要是針對(duì)整個(gè)采集系統(tǒng)而言，包含傳感器、采集儀等，要注重整體性，盡量將標(biāo)定和監(jiān)測(cè)進(jìn)行統(tǒng)一，采取相同的設(shè)備和儀器，一旦采取不同的采集儀和計(jì)算機(jī)，誤差發(fā)生的幾率增大。在進(jìn)行標(biāo)定時(shí)候，要注意干擾的出現(xiàn)，例如一些電磁設(shè)備，被檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)常發(fā)生飄逸的現(xiàn)象，通常采取一些具有屏蔽效果的裝置進(jìn)行避免。對(duì)于標(biāo)定來(lái)說(shuō)，接地效果也至關(guān)重要，一旦接地出現(xiàn)問(wèn)題，數(shù)據(jù)就容易丟失或者失真，為此，要保證良好的接地效果，保證濕潤(rùn)的狀態(tài)，如果有需要，可以添加鹽水，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性能的增強(qiáng)。根據(jù)使用條件和規(guī)定，要根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和觀察，因?yàn)?，在靜態(tài)狀態(tài)良好的條件下，性能更加可靠，但是，在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，卻發(fā)生失真，甚至影響工作效果。因此，動(dòng)態(tài)的標(biāo)定至關(guān)重要，對(duì)于確定傳感器的動(dòng)態(tài)使用范圍至關(guān)重要。

3　傳感器的具體應(yīng)用

（1）對(duì)于一些大型工程而言，在理論上分析，需要對(duì)針對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行布點(diǎn)操作，但是，具體操作中，較多傳感器不切實(shí)際，要結(jié)合相關(guān)原則，降低檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，為此，為了提升檢測(cè)的準(zhǔn)確性，要對(duì)傳感器的數(shù)量進(jìn)行最優(yōu)確定，保證設(shè)計(jì)的優(yōu)化性。

（2）在具體使用中，要保證布設(shè)較高的正確性。對(duì)于壓力傳感器來(lái)講，被壓面要朝向被壓力的位置，保證方向的垂直性；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)條件，無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)還是模擬實(shí)驗(yàn)，在完成傳感器埋設(shè)之后，要保證回填的壓實(shí)度，保證與原有介質(zhì)的一致性。對(duì)于處于同一個(gè)檢測(cè)區(qū)內(nèi)，多點(diǎn)檢測(cè)時(shí)候，要盡量避免出現(xiàn)應(yīng)力場(chǎng)的干擾，出現(xiàn)傳感器彼此之間的干擾。在室內(nèi)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，鑒于試驗(yàn)臺(tái)規(guī)格的限制，要保證合理的埋置靜距，避免周圍介質(zhì)對(duì)傳感器的影響。

（3）對(duì)于一些特殊條件，如低溫的路基凍結(jié)，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)、凍結(jié)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，還不具備專業(yè)的低溫壓力傳感器，因此，要針對(duì)使用環(huán)境和條件，對(duì)傳感器進(jìn)行不斷改進(jìn)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，要對(duì)傳感器進(jìn)行合理、科學(xué)的維護(hù)和保護(hù)。比如，針對(duì)井壁等使用的粗骨料以及模式實(shí)驗(yàn)中回填的夯實(shí)等。針對(duì)較大的測(cè)試范圍，傳感器的數(shù)據(jù)線如果太長(zhǎng)，就會(huì)出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，因此，沿線補(bǔ)植鋼絲以實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)作用。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上，針對(duì)巖土工程，在選擇傳感器的時(shí)候，要全面考慮傳感器自身的性能，結(jié)合工程實(shí)際條件和狀況。在進(jìn)行使用之前，要進(jìn)行合理的標(biāo)定和系統(tǒng)設(shè)定，保證曲線和方程的合理性，這也為數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性奠定基礎(chǔ)。如果巖土工程條件比較多變和復(fù)雜，要保證測(cè)點(diǎn)布置的合理性，同時(shí)，做好使用過(guò)程中的合理保護(hù)。

[1]沈超,蔡曉光,王偉.關(guān)于高校巖土工程測(cè)試與監(jiān)測(cè)技術(shù)課程教學(xué)的思考[J].科技視界,2015,22:30+294.

[2]齊燕軍,東兆星.巖土工程監(jiān)測(cè)中傳感器的應(yīng)用探討[J].山西建筑,2006,02:95-96.

P66[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-186-1