TOPBOX-508振動自記儀在爆破振動測試中的應用

TOPBOX-508振動自記儀在爆破振動測試中的應用

張智宇 廟延鋼
昆明理工大學 昆明市 650093
楊 旻
四川拓普數字設備有限公司 成都市 610051
摘 要 TOPBOX-508振動自記儀是一種新型、輕巧、攜帶方便的振動測試儀器，它不需要現場布線，能自動記錄振動信號，斷電信號也不會丟失。在現場可直接與臺式或筆記本電腦連接，顯示波形，分析和處理數據。本文結合現場爆破振動測試實例，介紹該儀器應用情況。
關鍵詞 測振儀 振動測試 爆破 中圖分類號 TD235. 14
Application of TOPBOX-508 Vibration Monitor in Blasting Measurement
Zhang Zhi yu Miao Yan gang
(Kunming University of Science and Techeology, Yunnan 650093)
Yang Min
(TOP Digital Equipment Co.Ltd, Sichuan 610051)
Abstract
TOPBOX vibration monitor is a new, delicate and portable monitor which need, not to fix up lines on the tielet and can record vibration data automatically. The record- ed data will not lost after the monitor is turned off. Book computer or personal compute can be linked with it on the spot and show vibration wave, analvse and deal with wibm- tion data. The monitoring methods are introduced with its application examples in blast- ing measurement.
Key words Vibration monitor；vibration measurement；blasting
1. 概述
工程爆破施工中，由于爆破規模、方法和環境不同，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、設施和人員產生不同程度和范圍的影響。其中爆破振動所產生的危害比較突出，因爆破而引起的民事糾紛大多數都是因為振動對建筑物結構產生了不良影響。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、傳播規律以及對建筑物的影響、破壞機理等；二是根據測試結果可及時調整爆破參數和施工方法，制定防震措施，指導爆破安全作業，避免或減少爆破振動的危害作用。
過去常用的爆破振動測試系統主要由三部分組成：第一部分為感受振動信號并輸出信號的傳感器（拾振器）；第二部分為完成信號放大或衰減的二次儀表(放大器測振儀)；第三部分為記錄信號的記錄裝置（光線示波器、磁帶記錄儀，瞬態記錄儀等）。記錄裝置記錄下信號再由人工或專門儀器對波形進行分析處理。這一測試系統在振動測試領域中發揮了很大的作用，但也存在一些問題。如采用光線示波器作為記錄儀器，采集的波形后期量化處理難度大，誤差也大，而且記錄下的波形保存時間短；磁帶記錄儀和瞬態記錄儀在波形處理上也需要配接專用的分析儀器，使得該測試系統價格太高。另外，傳感器與放大器之間需用幾十米或幾百米的信號傳輸電纜連接，在測試準備工作中，不僅時間長、工作量大，而且由于敷設線路過長，也易出現系統誤差。
隨著電子技術和計算機技術的迅猛發展，測振儀器也有了較大的進展。國內外一些廠家和科研單位都研究和開發出了新一代的測振儀器，它克服了現有測試系統的許多缺點。其中四川拓普數字設備有限公司在多年來從事動態測試產品開發的基礎上，根據現場爆破振動對測試儀器的要求，通過優化設計，研制出了TOPBOX-508振動信號自記儀。該儀器具有體積小，重量輕、靈敏度高、功能多、使用方便、自動化程度高、內存容量大等優點。
2. 測振儀器系統主要技術性能指標
2.1 TOPBOX-508振動信號自記儀主要技術性能指標
采樣率：100Hz～50KHz，分12檔可設置。
測量誤差：<1%
記錄深度：每通道16K—24K點
輸入信號帶寬：0HZ—20KHZ
量程：10mV，20mV，50mV，100mV，200mV，400mV，1V，2V，4V，8V，20V，40V。
耦合：交流、直流
輸入阻抗：200KΩ
輸入電容：小于25pF。
觸發方式：上升沿、下降沿內觸發，外觸發，手動觸發，提前、滯后觸發。
觸發電平：內觸發電平在量程范圍之內可調，外觸發電平是TTL電平。
數據記錄起點：觸發前預記錄和觸發后延時記錄，長度可設置。
通信接口：RS232接口。
輸入通道：2通道/臺。
外部尺寸：15cm×10cm×5cm。
重量：0.8kg。
供電：2節9V電池或外接直流電源。
工作溫度：-10℃～60℃。
工作濕度：<90%，無結露。
2.2 速度傳感器主要性能指標
現場爆破振動測試儀器系統所采用的速度傳感器，也是由四川拓普數字設備有限公司加工制作的，它與自記儀配套使用，傳感器的主要技術性能指標見表1。
速度傳感器主要技術性能指標
指標THS—1（水平） TSV—1型（垂直）
速度靈敏度 330mv/cm/s±5% 310mv/cm/s±5%
頻率響度 28Hz～1000Hz±10% 4Hz～1000Hz±10%
幅值線性度 3% 3%
位移 0.1μm～2200μm 0.1μm～2200μm
速度 0.01μm～30cm/s 0.01μm～30cm/s
加速度10g 10g
外形尺寸φ50×65mm φ32×70 mm
重量0.3kg 0.25kg
3. 測振系統的應用
3.1 四川二灘電站采場爆破振動監測
四川二灘電站采石場位于攀鋼集團公司二灘粘土礦附近，距礦區建筑物約300~500m。由于采石場每天頻繁爆破，已影響到礦區建筑物的安全。1997年10月至12月我們對爆破振動進行了監測，每次布置4~6個測點，分別布置在建筑物的每個樓層。通過近三十次爆破監測，實際測量到的最大垂直振動速度為0.33cm/s，根據國家GB6722—86《國家爆破安全規程》有關規定，該速度值沒有超過建筑物的允許振動值，但實際上我們對建筑物裂縫觀測結果表明，有一部分裂縫已出現擴展和延伸，這主要是采石場近兩年來頻繁爆破所造成的。由于較長時間的重復爆破振動，部分建筑物出現了不均勻沉降，導致建筑物部分裂縫的擴展和延伸。監測期間，采石場的工作已接近尾聲，每天的爆破次數和起爆藥量較以往大大減少。本次測試的物理量為質點振動速度，振動方向為垂直和水平兩個方向，所用測試系統為TOPBOX-508振動信號自記儀和磁電式振動速度傳感器。
3.2 昆明市區兩幢住宅樓房爆破拆除振動監測
因一家房地產公司昆明市鬧市區金碧路修建高層樓房，有兩幢七層樓房需要爆破拆除，設計總藥量為90kg，兩幢樓房一次起爆，共分5個段別。此次爆破振動監測采用TOPBOX-508振動信號自記儀和TSV—1型速度傳感器，測點布置在距爆破區12m的一幢樓房內，從一樓至六樓每層布置一個測點，測振結果見表2。
4. 結論
（1） TOPBOX-508振動信號自記儀使用簡單，工作穩定、可靠，抗干擾能力強。
（2） 該儀器在數據采集方面，測量精度高，有多種采集速率可選，信號記錄時間較長，可擴展通道。
（3） 該儀器提供了方便、直觀的操作和完善的數據處理功能，具有高度的軟、硬件兼容性，通過提供的DOS和Windows采集接口程序，用戶可自己編程控制采集，開發專用程序。DOS和Windows95兩個版本軟件具有漢字圖形界面，適用性較好。
（4） TOPBOX-508振動信號自記儀的開發，進一步推動了振動測試儀器向智能化與小型化的發展，使爆破動態測量技術發展提高到一個新階段。