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- 裂缝计
- 数据采集仪
- 放大器
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嘉兴市亚太路778号中国科学院园区8号楼1101室
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15024332796（潘经理）
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一种新型的裂缝计
（中国地震局工程力学研究所）
摘要：通常光测法、摄像法、裂缝显微镜法仅能测量已有旧裂缝的宽度，超声波法和冲击弹性波法仅能测量裂缝的深度，声发射、传感器法和光纤传感网络法可测量正在发生的裂缝。当对于已有裂缝在荷载作用下的动态变化目前还没有一种行之有效的测量方法。为此利用双悬臂梁和应变原理研制成功一种新型裂缝计,可准确测量结构、构件表面已有裂缝在荷载作用下裂缝开合大小或表面动态应变。该仪器具有抗振动干扰的特点，即被测点的振动不产生电量输出，仅在被测裂缝开合或混凝土表面产生应变时才有输出。该裂缝计已获得国家专利。该裂缝计已在哈尔滨、佳木斯等几个桥梁的裂缝检测中得到应用，获得理想的效果，得到铁道部好评。介绍了裂缝计的结构原理和技术性能。
在混凝土结构中，裂缝是内部损伤达到危险程度的集中体现，有无裂缝是安全的首要因素，裂缝的产生和扩展直接破坏结构的完整性,引起结构内部应力的急剧变化,造成混凝土结构的断裂或垮塌。因此，对裂缝的监测是混凝土结构健康状况评估的有效方法，如何迅速、准确、无遗漏地检测出裂缝的发展状态极为重要,可避免大型混凝土结构断裂或垮塌等灾难性事故的发生。
对于已有裂缝，在无法知道裂缝的形成原因的情况下测量其在荷载作用下裂缝的动态变化更有价值，可判断已有裂缝和加载的关系以及结构的危险程度。
目前裂缝的检测方法分为有损法和无损法。
有损法包括?凿槽、打孔压水或压风和钻孔取芯等方法[1,2]。这种方法对结构会造成局部破坏。
无损裂缝检测法有:?光测法、超声波检测法、冲击弹性波法、声发射（AE）检测法、摄影检测法、传感器监测法、光纤传感网络监测等方法。
光测法[3]?是根据裂缝图像灰度，利用Otsu提出的类判别法计算出图像分割的最佳阈值，继而提取图像的裂缝信息，然后通过编制的图像处理程序分析出研究区域的裂缝宽度及其方差。超声波检测法[4]是以超声波为媒介,获得混凝土深部裂缝信息的一种方法，可测得混凝土表面产生的裂缝深度。冲击弹性波法[5]与超声波法的原理是一样的，但远比超声波测定的裂缝深度深。声发射（AE）检测法也是利用弹性波进行声波检测的具体检测方法，只能检测正在发生的裂缝位置（声发射源定位）、裂缝的大小、扩展情况的种类以及裂缝的深度，但不能检测已发生的旧裂缝。摄影检测法[6-8]主要做混凝土表面的裂缝。摄影法包括普通照相机、录像机、放射线、红外线摄影等进行检测。传感器监测[5]利用埋在混凝土中的仪器进行监测，常用技术是利用卡尔逊式或弦式测缝计，其控制范围仅0.2～１m，属点式检测。由于裂缝出现空间的随机性，因此往往漏检。为了及时、无遗漏地测裂缝，必须实施大范围连续的分布式监测，即所谓分布监测。光纤传感网络监测[9-11]普遍应用于各国竞相开发的结构高科技领域里，光纤传感以其独特优势居于中心地位，它灵巧、高精度、抗电磁干扰，且可靠耐久、易于光纤传输组成自动化系统。裂缝的发生可以用埋设在混凝土中光纤的光强变化监测，而裂缝的定位可用多模光纤在裂缝处的光强突然下降或光时域反射计（OTDR）诊断完成。通过OTDR衰减曲线上的裂缝损耗突变点，可以准确地确定裂缝的位置。此外，还有裂缝显微镜法,可直接观测表面已有裂缝的宽度。
综上所述，光测法、摄像法、裂缝显微镜法仅能测量已有旧裂缝宽度,?超速声波法和冲击弹性波法仅能测量裂缝的深度；声发射、传感器法和光纤传感网络法可测量正在发生的裂缝。当对于已有结构裂缝（如桥梁、桥墩裂缝等）在荷载作用下的动态变化的测量,目前还没有一种行之有效的方法。
本文介绍LF-1型裂缝计[12]如图1所示，它有别于上述几种方法，它是基于双悬臂梁和应变原理，研制成功一种新型裂缝计,可测量结构、构件表面已有裂缝在荷载作用下裂缝开合大小和动态应变。该仪器具有抗振动干扰的特点，即被测点的振动不产生电量输出。其不足是不能测量已有旧裂缝的宽度。该裂缝计已获得国家专利。该裂缝计已在哈尔滨、佳木斯等多个桥梁得到应用，获得理想的效果，得到铁道部好评。
图1??裂缝计照片
2?LF-1型裂缝计的结构原理
LF-1型裂缝计的结构原理如图2所示。在两簧片的根部贴有应变片
组成全桥后通过4芯电缆输出。当两底脚之间的位移发生变化时，贴在簧片上的应变片通过应变仪或传感器接口电路把簧片产生的应变转换成与位移成正比的电压信号，然后送给记录仪。
1.横梁；2.弹簧片;3.底脚?4.4芯电缆
图2??LF-1型裂缝计的结构原理
图3为LF-1型裂缝计的电路原理图，贴在左侧簧片根部的应变片
和贴在右侧簧片根部的应变片
?组成全桥，由A、B、C、D?4点引出4芯电缆。A、B两点接电源E，C、D两点接应变仪的输入端。
图3裂缝计电路图
?????测量原理如图4所示，当裂缝张开
时，即两悬臂梁之间的位移为
，应变片
受拉，应变片
受压，由4个应变片组成桥路的输出电压
正比于裂缝宽度
，输出电压为正；反之，当裂缝收缩
时，即两悬臂梁之间的位移为
，应变片
受压，应变片
受拉，输出电压为负。假如被测混凝土表面还没有出现裂缝，只是产生了应变，桥路经应变仪后仍可测出混凝土的应变。
当混凝土试件发生振动时，两个悬臂梁带动横梁一起运动，在混凝土表面和横梁之间产生相对位移X，假定横梁向左运动,
受拉，
受压，桥路平衡，无电压输出。反之亦然。故裂缝计只测量裂缝的开合大小，对被测表面的振动毫无反应。
图4??LF-1型裂缝计测量原理图
3?主要技术指标
灵敏度：0.35mV/mm/V；
频率范围：?0～50Hz；
量程：?0.6mm(5000
)；
线性度：?≤2％；
电源：?1V～5V?DC；
重量：?0.2kg。
地址：北京东燕郊经济技术开发区中国地震局工程力学研究所
嘉兴市亚太路778号中国科学院园区8号楼1101室
电话：0573-82808258
15024332796（潘经理）
传真：0572-82582356
邮编：314001
E-mail：panch-zhenheng@foxmail.com
一种新型的裂缝计
（中国地震局工程力学研究所）
摘要：通常光测法、摄像法、裂缝显微镜法仅能测量已有旧裂缝的宽度，超声波法和冲击弹性波法仅能测量裂缝的深度，声发射、传感器法和光纤传感网络法可测量正在发生的裂缝。当对于已有裂缝在荷载作用下的动态变化目前还没有一种行之有效的测量方法。为此利用双悬臂梁和应变原理研制成功一种新型裂缝计,可准确测量结构、构件表面已有裂缝在荷载作用下裂缝开合大小或表面动态应变。该仪器具有抗振动干扰的特点，即被测点的振动不产生电量输出，仅在被测裂缝开合或混凝土表面产生应变时才有输出。该裂缝计已获得国家专利。该裂缝计已在哈尔滨、佳木斯等几个桥梁的裂缝检测中得到应用，获得理想的效果，得到铁道部好评。介绍了裂缝计的结构原理和技术性能。
在混凝土结构中，裂缝是内部损伤达到危险程度的集中体现，有无裂缝是安全的首要因素，裂缝的产生和扩展直接破坏结构的完整性,引起结构内部应力的急剧变化,造成混凝土结构的断裂或垮塌。因此，对裂缝的监测是混凝土结构健康状况评估的有效方法，如何迅速、准确、无遗漏地检测出裂缝的发展状态极为重要,可避免大型混凝土结构断裂或垮塌等灾难性事故的发生。
对于已有裂缝，在无法知道裂缝的形成原因的情况下测量其在荷载作用下裂缝的动态变化更有价值，可判断已有裂缝和加载的关系以及结构的危险程度。
目前裂缝的检测方法分为有损法和无损法。
有损法包括?凿槽、打孔压水或压风和钻孔取芯等方法[1,2]。这种方法对结构会造成局部破坏。
无损裂缝检测法有:?光测法、超声波检测法、冲击弹性波法、声发射（AE）检测法、摄影检测法、传感器监测法、光纤传感网络监测等方法。
光测法[3]?是根据裂缝图像灰度，利用Otsu提出的类判别法计算出图像分割的最佳阈值，继而提取图像的裂缝信息，然后通过编制的图像处理程序分析出研究区域的裂缝宽度及其方差。超声波检测法[4]是以超声波为媒介,获得混凝土深部裂缝信息的一种方法，可测得混凝土表面产生的裂缝深度。冲击弹性波法[5]与超声波法的原理是一样的，但远比超声波测定的裂缝深度深。声发射（AE）检测法也是利用弹性波进行声波检测的具体检测方法，只能检测正在发生的裂缝位置（声发射源定位）、裂缝的大小、扩展情况的种类以及裂缝的深度，但不能检测已发生的旧裂缝。摄影检测法[6-8]主要做混凝土表面的裂缝。摄影法包括普通照相机、录像机、放射线、红外线摄影等进行检测。传感器监测[5]利用埋在混凝土中的仪器进行监测，常用技术是利用卡尔逊式或弦式测缝计，其控制范围仅0.2～１m，属点式检测。由于裂缝出现空间的随机性，因此往往漏检。为了及时、无遗漏地测裂缝，必须实施大范围连续的分布式监测，即所谓分布监测。光纤传感网络监测[9-11]普遍应用于各国竞相开发的结构高科技领域里，光纤传感以其独特优势居于中心地位，它灵巧、高精度、抗电磁干扰，且可靠耐久、易于光纤传输组成自动化系统。裂缝的发生可以用埋设在混凝土中光纤的光强变化监测，而裂缝的定位可用多模光纤在裂缝处的光强突然下降或光时域反射计（OTDR）诊断完成。通过OTDR衰减曲线上的裂缝损耗突变点，可以准确地确定裂缝的位置。此外，还有裂缝显微镜法,可直接观测表面已有裂缝的宽度。
综上所述，光测法、摄像法、裂缝显微镜法仅能测量已有旧裂缝宽度,?超速声波法和冲击弹性波法仅能测量裂缝的深度；声发射、传感器法和光纤传感网络法可测量正在发生的裂缝。当对于已有结构裂缝（如桥梁、桥墩裂缝等）在荷载作用下的动态变化的测量,目前还没有一种行之有效的方法。
本文介绍LF-1型裂缝计[12]如图1所示，它有别于上述几种方法，它是基于双悬臂梁和应变原理，研制成功一种新型裂缝计,可测量结构、构件表面已有裂缝在荷载作用下裂缝开合大小和动态应变。该仪器具有抗振动干扰的特点，即被测点的振动不产生电量输出。其不足是不能测量已有旧裂缝的宽度。该裂缝计已获得国家专利。该裂缝计已在哈尔滨、佳木斯等多个桥梁得到应用，获得理想的效果，得到铁道部好评。
图1??裂缝计照片
2?LF-1型裂缝计的结构原理
LF-1型裂缝计的结构原理如图2所示。在两簧片的根部贴有应变片
组成全桥后通过4芯电缆输出。当两底脚之间的位移发生变化时，贴在簧片上的应变片通过应变仪或传感器接口电路把簧片产生的应变转换成与位移成正比的电压信号，然后送给记录仪。1.横梁；2.弹簧片;3.底脚?4.4芯电缆
图2??LF-1型裂缝计的结构原理
图3为LF-1型裂缝计的电路原理图，贴在左侧簧片根部的应变片
和贴在右侧簧片根部的应变片?组成全桥，由A、B、C、D?4点引出4芯电缆。A、B两点接电源E，C、D两点接应变仪的输入端。图3裂缝计电路图
?????测量原理如图4所示，当裂缝张开
时，即两悬臂梁之间的位移为，应变片受拉，应变片受压，由4个应变片组成桥路的输出电压正比于裂缝宽度，输出电压为正；反之，当裂缝收缩时，即两悬臂梁之间的位移为，应变片受压，应变片受拉，输出电压为负。假如被测混凝土表面还没有出现裂缝，只是产生了应变，桥路经应变仪后仍可测出混凝土的应变。当混凝土试件发生振动时，两个悬臂梁带动横梁一起运动，在混凝土表面和横梁之间产生相对位移X，假定横梁向左运动,
受拉，受压，桥路平衡，无电压输出。反之亦然。故裂缝计只测量裂缝的开合大小，对被测表面的振动毫无反应。图4??LF-1型裂缝计测量原理图
3?主要技术指标
灵敏度：0.35mV/mm/V；
频率范围：?0～50Hz；
量程：?0.6mm(5000
)；线性度：?≤2％；
电源：?1V～5V?DC；
重量：?0.2kg。
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