TDR遥测方法设备及其在桥梁的应用Word下载.docx
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当桥梁检测不阻断交通时，测量电缆布线受很多的限制，公共测点的设置难以实现，检测受到很大的影响。
新桥梁竣工验收、危桥检测中，需要进行应变测试，以对桥梁进行强度校核。
应变的测量通常由应变片、桥合、应变仪、记录设备、测量电缆组成，测量系统比振动测试更庞大。
应变测量示意图如图1-2所示。
有的桥梁进行两侧一段桥身应变测量，需要在同一测量系统记录，此时，需要长电缆和跨越桥面。
测试环节多，系统庞大，给桥梁应变测试带来了很大麻烦，限制了应变测试的应用。
为了改进上述测试工作的弊端，经过长时间的发展、研究，将计算机技术与微电子技术相结合，研究、开发了将多路电荷放大器、应变仪、低通滤波器、程控放大器、A/D采集板、计算机集成一体的系统，如DSPS-2000，此类系统在桥梁振动测试中将二次仪表和记录设备合为一体，在桥梁应变测试中将应变仪和记录设备合为一体，大小与一个手提包差不多（工控机），而且可使用蓄电池（汽车用电池）供电，大大减少了测量环节，减少了工作量，减轻了工作强度，至今仍广泛使用于桥梁振动和应变测试。
DSPS-2000进行桥梁振动、应变测试示意图如图1-3、图1-4所示。
虽然DSPS-2000等高集成的采集分析系统在减少测量环节、减少测试系统、减轻工作强度、提高工作效率、提高测试可靠性方面改进了有线测量方法。
但有线测量方法存在几个固有缺陷，其一是拉线测量，未能从根本上解决工作量和强度大的问题，在大中型桥梁的测试中尤其突出；
其二是公共点，在不进行交通管制状态下，设置公共点是困难的，很多情况下无法解决；
其三是应变的同时测量，在不进行交通管制状态下，难以解决同时测量桥梁两侧应变问题。
这些缺陷使得有线测量对桥梁的动态测试受到很大的限制，更很难应用到铁路桥梁的测试。
为了解决桥梁有线测量方法存在的弊端，需要从方法上加以改变。
一种直接的方法是遥测方法，即采用类似无线通信的方法，将测试信号转化为电磁信号发送出来，通过遥测接收系统接收，解码变换成物理信号后再进行分析。
但是这类遥测系统庞大，成本昂贵；
为了遥测信号不出现错码、漏码、丢码，对环境条件要求高，不适合车辆川流的公路桥梁检测，更难在没有遥测条件的铁路桥梁上使用。
另一种方法是本文介绍的无线遥测方法，这是一种遥控+类似飞机黑匣子的方法，采用遥测控制、固态记录方案。
对所有测点的遥控、监测通过一台笔记本计算机和一台上位机（大小约为笔记本的1/3）就可完成，测试系统很小。
每一个测点旁配有一台下位机（大小与上位机相同），解决了拉线问题；
由于控制计算机与测点的联系和监控是遥控，也就解决了公共点问题；
在控制计算机的遥控下，所有测点同时测量，没有测量的同时性问题；
笔记本计算机、上位机、下位机都是充电电池供电，实际使用很方便。
在测试中，这种系统的数据是保存在下位机的固态记录器中，然后通过无线传输到监控计算机，或通过USB将下位机内的数据传输主机，因此不存在直接遥测方法的错码、漏码、丢码问题，解决了实时遥测存在的问题，很适合于公路桥梁检测使用。
可以推测，该系统在铁路桥梁有广泛应用前景。
本文介绍一种桥梁动态测试的TDR无线遥测测量方法，对组成TDR系统的硬件、软件作了说明，描述了TDR系统的特点，给出了北京市的一座桥梁振动测试的过程和分析结果，对TDR系统的应用前景作了预测。
2TDR测量方法
概括来说，桥梁动态测试的TDR方法采用遥测控制、固态记录。
系统分为前置部分、控制部分，如图2-1所示。
前置部分是各测点传感器和下位机（通常为方便起见，一个传感器配一台下位机），控制部分由笔记本计算机和上位机组成。
前置部分的传感器与下位机一般相距很近，用短电缆即可连接（如1米），工作量和工作强度大大减少。
下位机是一个组成复杂的分系统，其组成如图2-2所示。
“指令接收”部分的功能是接收控制计算机发出的联络、设置、采集、数据传输等指令。
“抗混滤波器”是A/D采集必须的前端，该滤波器是程控控制，有若干挡，可根据需要选取。
“二次仪表”因测量对象不同而不同，测量振动时，它是电荷放大器，测量应变时，它是应变仪，集成度高。
“程控放大器”功能是对信号增益放大，有若干挡可选取。
“A/D”是数据采集板，高精度。
“固态存储器”存储采集得到的数据。
“无线发送”可将存储器的数据发送到控制计算机。
“数据传输口”可通过电缆将存储器的数据传输到控制计算机，传输速度很快。
组成控制部分的笔记本计算机和上位机相距很近，控制计算机可以是其它类型，控制计算机通过并口电缆控制上位机。
控制部分构成如图2-3所示。
“指令发送”的功能是向下位机发送控制计算机的联络、设置、采集、数据传输等指令。
“状态监测”实时监测下位机与上位机的联络、下位机的状态、数据存储等。
“无线接收数据”接收下位机无线发送过来的存储器的数据。
“数据通讯口”通过电缆与下位机连接，将下位机的数据传输到控制计算机，传输速度很快。
由于下位机在测点旁边，下位机与上位机的联系通过无线进行，解决了有线测量的拉线问题。
下位机与上位机可根据需要研制成2Km、5Km或10Km的超长距离通讯系统，因此，对大跨度、超大跨度或复杂的桥梁的动态测试也就变成简单、易行了；
与有线测量相比，其工作量、工作强度减少和减轻了一个数量级，工作效率大大提高。
因为TDR系统可以长距离无线通讯，同时进行数据采集，振动测试中的公共点问题迎刃而解。
传感器、下位机、上位机、控制计算机（如笔记本）组成的测试系统很轻便，适合在桥梁现场操作。
TDR系统测量数据采用固态记录，不是实时无线传输，没有错码、漏码、丢码的问题。
由于TDR系统构成特点，其成本比实时遥测系统低得多。
由此看，TDR测试系统兼有实时无线传输系统和有线测量系统的优点，摈弃了它们的缺点，拥有巨大优势。
3TDR设备及软件
TDR测试系统设备主要有上位机、下位机、控制计算机、传感器。
图3-1为TDR系统的上位机，图3-2为TDR系统的下位机。
图3-1TDR测量系统上位机
图3-2TDR测量系统下位机
图3-3为控制计算机与上位机（控制计算机为笔记本），图3-4为下位机与振动传感器。
图3-3控制计算机与上位机
图3-4下位机与振动传感器
功能和特点：
每次试验根据信号和任务要求，由主控命令确定采样频率、采样时间、采样通道和总通道数；
根据内部存储量的大小，可进行多次试验记录（0～32次）；
应变测量可自动预调平衡；
分散在不同位置的各采集装置可由主控命令控制同时采集；
数据可通过无线远距传输，或直接“对接”方式传入计算机；
无线传输时，可长时间连续传输测量数据，也可按主控命令要求传输某测量段的一定数据量；
数据传输可含CRC（循环冗余码）检验，通过软件高效快速地完成错误监测；
可以选用内、外两种电源供电，便于野外操作；
可根据需要将遥测数据记录器制作成防水密封件。
主要技术指标：
采集频率：
0.1~50kHz
记录容量：
0.5~2兆数据
采集精度：
12位
振动测量动态范围：
0.0001g～5000g（根据需要定量程）
振动测量频率范围：
0.1Hz～20kHz（根据需要定截止频率）；
应变测量量程：
±
100με～±
50000με（根据需要分档）
应变测量频率范围：
DC～20kHz（根据需要定截止频率）
应变测量自动平衡范围：
50000με（等同于测量量程）
应变测量应变计；
单臂120Ω或350Ω，半桥或全桥50～1000Ω
无线数传工作频段300—500MHz，需要时可编设工作频点
数传速率9.6Kbps或1.2Kbps
无线传输距离分如下数档：
100m,1Km,2Km,5Km（根据需要定）
工作电压DC5—10V
工作温度–30--+60℃
多通道，每个系统可以带256台遥测数据记录器，每台可以有四个通道（根据需要定），TDR测试系统软件为TDR遥测数据采集系统软件，主要功能为联络、设置、采集、数据传输等。
图3-5为TDR系统上位机测试软件界面。
图3-5遥测上位机测试软件界面
TDR测试系统提供数据分析软件，图3-6为数据分析软件界面。
图3-6测试数据分析软件界面
（数据分析软件也可以使用别的软件）
4TDR技术在桥梁测试中的应用
a、朝阳门桥
测试时间：
2002年9月27日，测试位置为桥的北侧，测点分布图为：
北
测试结果：
垂直一阶：
6.25Hz，阻尼：
0.022
水平横向一阶：
5.2Hz
朝阳门桥垂直一阶振型图
b、官园桥
2002年9月22日，测试位置为桥的东侧，测点分布图为:
北
3.125Hz，阻尼：
0.029
2.75Hz
官园桥垂直一阶振型图
c、洋桥
2002年10月15日，测试位置为主跨的南侧，测点分布图为：
西
垂直一阶：
4.875Hz，阻尼：
0.021
水平一阶：
2.25Hz
洋桥垂直一阶振型图
5结束语
TDR测试系统已应用于北京朝阳门桥等十多座桥梁的振动检测，数据品质良好，从测量的数据中分析了桥的横向固有频率及垂直固有频率、阻尼比系数、振型。
TDR测试系统以其简捷、高效、轻便、可靠、低成本的特点，在公路桥梁的动态测试中取得很好的效果，有广泛的应用前景。
铁路桥梁的动态测试使用有线测量传统方法是很困难的，可以预计，TDR测试系统在铁路桥梁上可以解决这些问题。
TDR测试系统在铁路桥梁的动态测试中有广阔的天地。
2003年8月13日
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