無線遙測爆破振動的解決方案
關(guān)鍵詞 工程爆破振動測試、便攜式數(shù)據(jù)采集、無線遙測、自動化測試、數(shù)據(jù)處理。
1 前言
在工程爆破施工中，由于爆破規(guī)模、方法和環(huán)境不同，爆破所引起的振動、空氣沖擊波，飛石、噪音和有毒氣體對周圍的建筑物、重要設(shè)施設(shè)備和人員會產(chǎn)生不同程度和范圍的影響。其中爆破振動所產(chǎn)生的危害比較突出，因爆破而引起的民事糾紛大多數(shù)都是因為振動對建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不良影響。因此，通過對爆破振動進行測試，一是可以了解和掌握爆破地震波的特征、傳播規(guī)律以及對建筑物的影響、破壞機理等；二是根據(jù)測試結(jié)果可及時調(diào)整爆破參數(shù)和施工方法，制定防震措施，指導爆破安全作業(yè)，避免或減少爆破振動的危害作用。
隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外相關(guān)廠家和科研單位也研究和開發(fā)出了許多工程爆破測振儀器。這些儀器的共同特點都是基于虛擬儀器技術(shù)，通過計算機軟件對所測爆破振動數(shù)據(jù)進行分析處理，同時硬件方面普遍采用了體積小，重量輕、便攜式的測試設(shè)備，使工程爆破振動測試與過去相比，在數(shù)據(jù)存儲、分析處理、現(xiàn)場布線等方面都有了很大的改進和提高，減輕了工程爆破振動測試人員的工作強度，提高了工作效率。
然而在目前越來越多的大中型工程爆破施工中，多點爆破測振的要求越來越多，爆破振動的測點數(shù)也在不斷增加，分布面也越來越廣，如果還是采用以前的方式，每臺測振儀器在試驗前都要測試人員在近前進行參數(shù)設(shè)置，試驗完成后還需要回收儀器并一一接到電腦上讀取數(shù)據(jù)，現(xiàn)場工作強度相當大，因此需要一種能夠在遠距離監(jiān)測、控制及讀取數(shù)據(jù)的爆破振動遙測系統(tǒng)。四川拓普測控科技有限公司在多年來從事工程爆破測振儀器產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)上，針對爆破振動監(jiān)測開發(fā)了第三代智能記錄測試儀器，并同無線遙測模塊一起有機組成了無線遙測爆破振動測試系統(tǒng)，提供了一個較為全面的無線遙測爆破振動的解決方案，本文將對該系統(tǒng)做介紹。
2 測試系統(tǒng)配置及功能特點：
2.1 系統(tǒng)功能要求：
各節(jié)點的測振儀都能夠自帶電池供電，且可以自由安放于測試現(xiàn)場任何位置，方便布線；
測振儀要輕巧、便攜，外殼堅固，抗沖擊、振動能力強；
系統(tǒng)能夠進行遠程監(jiān)測，無線讀取測試數(shù)據(jù)；
配套測振軟件除能夠進行工程爆破振動數(shù)據(jù)處理外，還應具有遙測控制、遠程數(shù)據(jù)讀取等功能；
2.2 系統(tǒng)硬件配置：
UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀
WLS9600無線遙測模塊
PSH-4.5水平向速度計
PS-4.5垂直向速度計
2.3 系統(tǒng)功能特點：
系統(tǒng)采用UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀、WLS9600無線遙測模塊，與速度傳感器相連，組成多點工程爆破振動無線遙測系統(tǒng)；
整個遙測系統(tǒng)采用一點對多點的無線數(shù)據(jù)傳輸模式，分布式數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)1000米內(nèi)（無障礙）遠距離多點測振，每個遙測模塊均可設(shè)定唯一的四位地址信息；
每臺測振儀自帶電池供電，可分別自由安放，各點獨立工作，自動完成數(shù)據(jù)采集和存貯，同時可及時無線遙控及讀取測試數(shù)據(jù)，方便進行下一次測試準備；
測振儀能夠根據(jù)事先的設(shè)置自動記錄爆破時產(chǎn)生的地震波波形，方便得到每個測點的振動信號振速最大值；
每通道最高采樣率為50KSps，可以向下分多檔程控，適應各種頻率的地震波采集；
測振儀的A/D分辨率16Bit，可滿足高精度測試要求，實際應用中儀器誤差可忽略不計；
每個測點的數(shù)據(jù)記錄長度為128K字節(jié)，可分段記錄多個振動事件；
1000米內(nèi)（無障礙）無線控制、數(shù)據(jù)傳輸速度9600bps；
測振儀具有浮點放大功能，記錄振動時可自適應信號強弱，實時自動調(diào)整增益和靈敏度，從而同時滿足強振信號和弱振信號的監(jiān)測，極大地擴大了測試的動態(tài)范圍，保證了觸發(fā)的可靠性和采樣的精度；
測振儀具有可預定義的四套參數(shù)表，用戶現(xiàn)場脫機操作時，可方便的修改不同的記錄參數(shù)，單鍵設(shè)置，靈活方便；參數(shù)表的設(shè)置參數(shù)可通過聯(lián)機軟件修改維護；
系統(tǒng)軟件遵照《爆破安全規(guī)程》的行業(yè)標準，包含了《振動、沖擊數(shù)據(jù)分析和表示方法》的分析算法，儀器聯(lián)機時可立即計算并顯示3個方向的速度分量、矢量合成、振動主頻，最大振幅等數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理：
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖：
3.2 系統(tǒng)工作原理及測試過程：
如圖1所示，系統(tǒng)由多套測試儀器組成，每套采用一臺UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀，一個WLS9600遙測模塊及相應的垂直、水平向速度計。整個遙測系統(tǒng)采用一點對多點的無線數(shù)據(jù)傳輸模式，每個WLS9600遙測模塊均可設(shè)定唯一的四位地址信息，且可設(shè)定為“主機”或“從機”。這樣，由一臺設(shè)為主機的遙測模塊連接計算機，每臺UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀連接一臺設(shè)為從機的遙測模塊。通過改變地址設(shè)定，每臺從機在系統(tǒng)中都具有唯一的地址ID，這樣主機就可以遠距離分別接收多臺遙測模塊（從機）的數(shù)據(jù)，而不必讓測試人員走到每個測振儀前聯(lián)機讀取數(shù)據(jù)，同時每套遙測系統(tǒng)只需配置一臺PC機或者筆記本電腦，即可實現(xiàn)多點遙測。
在爆破現(xiàn)場測試前，用戶只需進行簡單的參數(shù)設(shè)置后啟動采集，即可撤離現(xiàn)場，當?shù)卣鸩ㄐ盘杺鱽頃r，測振儀會自動記錄下整個地震波的動態(tài)波形，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲，測試人員在遠離爆破現(xiàn)場處（1000米內(nèi)無障礙），通過連接在計算機上的遙測模塊（主機），即可實現(xiàn)遠距離無線監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸，無須將每臺測試儀聯(lián)結(jié)至計算機，就可及時獲取測試數(shù)據(jù)，洞悉測試信號和每臺測試儀器的狀態(tài)。
4 系統(tǒng)軟件：
4.1爆破振動監(jiān)測分析軟件—BMView：
BMView爆破振動監(jiān)測分析軟件是基于四川拓普測控科技有限公司的虛擬儀器應用軟件Topview2000而開發(fā)集成的、針對工程爆破測振的專業(yè)數(shù)據(jù)處理分析軟件，運行于Win98/2000/XP操作系統(tǒng)平臺。該軟件擁有全漢化的儀器控制界面，提供硬件智能識別、多通道控制、顯示、分析以及輸出功能，包括工程標定、波形實時顯示、無線遙測控制及數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)處理、存盤、打印及通訊功能，測試報告可自動生成，界面設(shè)置人性化，所有數(shù)據(jù)和圖形可以直接發(fā)送到word中用戶自行編輯，帶有自校準，自動檢測報警功能，具備全中文在線幫助。
BMView爆破振動監(jiān)測分析軟件中包含了《振動、沖擊數(shù)據(jù)分析和表示方法》的算法，并集成了薩道夫斯基經(jīng)驗公式，嚴格依照中華人民共和國國家標準——《爆破安全規(guī)程》的行業(yè)規(guī)范要求處理測試數(shù)據(jù)，為爆破測振的工程人員提供了信號記錄測試、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理、文件管理、報告生成等一系列的完整解決方案。
4.2功能如下：
人性化、圖形化、全中文界面，全中文在線幫助；
聯(lián)機或通過遙測模塊自動查找硬件，可靈活方便地設(shè)置各種采集參數(shù)、控制采集過程；
遙測功能：遠程讀取每個遙測模塊（從機）所聯(lián)接的測振儀中的數(shù)據(jù)并監(jiān)測其工作狀態(tài)；
最高振速：當測試數(shù)據(jù)導入進軟件時，軟件自動計算出振動速度的最大值；
最高加速度：軟件對采集的振動數(shù)據(jù)進行微分處理，自動計算出振動加速度的最大值；
主振頻率：軟件對采集的振動數(shù)據(jù)進行FFT幅度譜分析，找出振幅最大點的頻率值；
V-ρ圖：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上得到的振速與裝藥量和距離比值之間的線性關(guān)系度，此圖越接近直線說明測試的數(shù)據(jù)越準確；
振速預測：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上以圖形形式預測在不同的裝藥量和距離下，爆破沖擊產(chǎn)生的振動速；
安全距離預測：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上以圖形的形式預測在確定的安全振速下不同的裝藥量要求的安全距離；
裝藥量預測：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上以圖形的形式預測在確定的安全振速和距離下的最大裝藥量；
以項目文件形式，協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理試驗的各項參數(shù)、數(shù)據(jù)，方便日后進行數(shù)據(jù)分析、查閱；
針對日積月累的測試數(shù)據(jù)，可以方便的進行管理、對比，使用戶從繁重枯燥的數(shù)據(jù)管理、處理工作中解脫出來；
快捷的生成測試報告：用戶可以直接在WORD或EXCEL內(nèi)生成所需的測試報告，實驗數(shù)據(jù)、圖表，一應俱全。
5 結(jié)論：
通過大量的實例應用，上述系統(tǒng)運行非常成功可靠，用戶滿意度高。
我們由此得到如下結(jié)論：
1、 針對大中型多點工程爆破測振需求，四川拓普測控科技有限公司開發(fā)了“無線遙測爆破振動測試系統(tǒng)”，實踐表明，系統(tǒng)各項指標功能完全滿足多點工程爆破振動的測試要求；
2、 該系統(tǒng)組建靈活方便，使用簡單快捷，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，軟件功能強大，數(shù)據(jù)處理迅速，遙測讀取數(shù)據(jù)的功能極大地減少了現(xiàn)場工作強度，進一步推動了爆破振動測試儀器向智能化、人性化的發(fā)展；目前，該系列測振系統(tǒng)已在國內(nèi)爆破、大壩、橋梁、礦山、公路、鐵路、隧道、水電、機車、地震臺站、建筑等多個大中型施工項目中大量成功應用，取得了顯著成效。
參考文獻
1、 劉建亮 工程爆破測試技術(shù) 北京理工大學出版社 1994.07；
2、 孟吉復等 爆破測試技術(shù) 冶金工業(yè)出版社 1992.12；
3、 四川拓普測控科技有限公司產(chǎn)品說明書/型錄 Vol.07 2007.03。
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