第三课时 爆破振动测试课件

1、1 了解和掌握爆破地震波的特征、传播规律以及对建筑物的影响、破坏机理等，以防止和减少对建筑物的破坏，达到最有效地控制爆破地震波危害的目的。 首先要利用经验公式初步估算爆破振动强度，然后参照目前常用的爆破破坏判据，判断爆破振动效应的大小。一般都要先进行小规模的爆破试验，通过实地测试爆破振动强度的资料，求得符合该爆破条件下的K、值，再用来作为进行爆破设计的参数。 23四川拓普公司成立之初，即与工程爆破领域的专家合作，致力于工程爆破测振仪器的研发。为了满足三峡工程开挖爆破振动监测工程的需要，受长江水利委员会勘测规划设计研究院委托，于1996年推出国内第一台便携存储式爆破测振仪TOPBOX-508。“

2、拓普测控”现已发展成为国内生产爆破测振仪历史最长、规模最大的厂家，也成为工程爆破振动监测领域的国内第一品牌！45WIFI无线操控无线操控内置WIFI功能智能手机无线操作：参数设置、启动停止、数据读取、显示波形智能爆破测振仪智能爆破测振仪NUBOX-6016爆破振动爆破振动测量仪器测量仪器1 1 测测振传感器（拾振器）振传感器（拾振器） 测振传感器种类繁多，使用最为广泛的是磁电式速度传感器和压电式加速度计。都属于惯性式（绝对式）测振仪，用来测量地面或振动体与大地之间的绝对振动。 (1)(1)惯性式传感器的力学原理惯性式传感器的力学原理 惯性质量块M用一弹簧和阻尼器挂在传感器的外壳上，组成一个“质

3、量-弹簧-阻尼”单自由度弹性系统。仪器外壳固定在振动体上，当振动体振动时，传感器外壳随着振动，从而激励“质量-弹簧-阻尼”系统振动。惯性式传感器构造示意图6 根据结构动力学理论，单自由度弹性系统由于基础位移引起强迫振动时，质量M的运动微分方程为： 假定振动体作简谐振动，即 由上两式可得0)()()()(tKytyCtxtyM txtxsin)(0tMxtKytyCtyMsin)()()(20 此二阶线性微分方程的解包括齐次方程的通解和非齐次方程的特解两部分，通解代表系统的自由振动，通解代表系统的自由振动，特解为强迫振动。特解为强迫振动。由于系统具有阻尼，自由振动项在阻尼的作用下很快消失，可忽略

4、不计，故只考虑代表稳态振动的强迫振动。其解为：)sin()(0tyty7 上式也就是传感器的响应方程。式中式中为振动圆频率； 为传感器“质量-弹簧-阻尼”系统的固有圆频率；为临界阻尼比。 由上式可知，惯性式传感器输出与输入的运动规律是相同的，均为简谐运动，只相差一个相位角。所以，采用惯性式传感器能够如实地反映振动体的振动信号。但是，传感器输出y所表示的振动物理量与频率比 和阻尼比有关，它可以是位移、速度和加速度。MKnn8当拾振器置于振动体上并随着一起振动时，摆锤由于惯性处于静止状态，线圈和磁钢产生相对运动，线圈切割磁力线，于是在线圈两端产生与振动速度成正比的感应电势，通过输出端即可测得振动速

5、度。 由于65型拾振器的固有频率低、灵敏度高，可用来测量低频、微幅的振动。用一台拾振器可分别测量垂直和水平方向振动。 (2)磁电式速度传感器 常用的磁电式速度传感器属于惯性式测振仪，工作原理是相同的，都是基于电磁感应的原理，把振动体的振动速度转变为感应电动势。9 701型拾振器也是惯性摆式速度传感器，它的结构、工作原理与65型拾振器基本一样。在仪器内部装有积分电路，因此，它不仅可测量振动速度，也可测量振动位移。它可测量微振，也可测量低频大位移。701型拾振器有701-S型和701-Z型，分别测量水平和垂直方向振动。还具有体积小、重量轻、携带方便的优点。10压电式加速度计示意图 1-壳体，2-硬

6、弹簧，3-质量块，4-输出端，5-压电晶体片，6-基座 （3）压电式加速度计 惯性质量块放在压电晶体上，并用硬弹簧施加一定的预应力，可减少晶体受压力时引起的非线性误差，提高测量精度。压电晶体片为一弹性体，其有一定刚度，可视为弹簧，它与硬弹簧串联，构成一个弹簧常数为瓦的弹K簧，系统阻尼用C表示，这就构成了单自由度系统。由于系统的弹簧常数K很 大，而质量块M很小，所以系统的固有频率 也就很大。完全满足n的条件。质量块相对于外壳的位移与振动体的振动加速度成正比，即 。 txYn 2111 当被测物体振动时，加速度计“质量弹簧系统”的质量块由于受到惯性力作用，作用在压电晶体片上的振动压力为 根据压电晶

7、体的“压电效应”，当压电晶体片承受压力作用时，压晶体表面上产生电荷QDF，将上式代入，则得 若用输出电压表示则为 由上式可知：压电式加速度计的输出电荷或输出电压与被测物体的振动加速度成正比。 12 压电式加速度计的主要性能及特性压电式加速度计的主要性能及特性 (1)(1)安装谐振频率安装谐振频率。加速度计安装在被测物体上，加速度基座与被测物体连成一个整体。在这种情况下加速度计中的“质量弹簧质量弹簧”系统的固有频率就称为系统的固有频率就称为安装谐振频率，它比加速度计自身的谐振频率低安装谐振频率，它比加速度计自身的谐振频率低。加速度计的工作颊率上限受到安装谐振频率的限制。 (2)(2)灵敏度。灵敏

8、度。压电式加速度计的灵敏度有两种表示方法：电荷灵敏度和电压灵敏度，其物理意义是加速度计在单位加速度下的电荷输出量或电压输出量。 13 (3)(3)横向灵敏度。横向灵敏度。所谓横向灵敏度是指加速度计横向运动响应的灵敏度。横向灵敏度一般是主轴方向灵敏横向灵敏度一般是主轴方向灵敏度的度的l%l%5%5%之间。之间。横向灵敏度的存在除与压电材料的不均匀性、切片加工时的精度等因素有关外，还与使用时的安装质量有关。如安装方向与主轴方向倾斜、安装底座不平整、安装扭矩过大等，可能会使横向灵敏度由34增加到1520%。 (4)(4)频率响应。频率响应。上限取决于传感器的安装谐振频率，可低于谐振频率的5%10%，

9、压电式加速度计的谐振频率一般都在1OkHz以上。下限主要受测量仪器低频响应的限制，采用电荷放大器，频率下限可达0.3Hz，甚至达到0.003Hz。 14 (5)(5)加速度计的动态范围。加速度计的动态范围。是指加速度计可测的加速度范围。加速度计的动态范围下限取决于测量仪器加速度计的动态范围下限取决于测量仪器的输出噪声水平，而上限取决于加速度计内压电晶体的输出噪声水平，而上限取决于加速度计内压电晶体所承受的最大压力或最大非线性度。所承受的最大压力或最大非线性度。 因此，每种型号加速度计的动态范围上限是不同的，如国产的YDl型加速度计最大可测加速度为2OOm/s2，YD15型压电式加速度计为8OO

10、OOm/s2, YD-13型却只为1Om/s2. 除以上主要特性外，还有加速度底座应变效应，温度灵敏度，磁场灵敏度和声场灵敏度等特性，对测试结果都有一定的影响。152 2测振放大器测振放大器 由测振传感器输出的电信号一般很微弱，需要放大后才能供显示和记录。测振放大器就是将微弱的电信号进行放大的装置。一般测振放大器中还装置有微积分电路、滤波电路等。所以，它不仅对信号有放大作用，还有对信号进行微分、积分和滤波的功能。 测振放大器也与常用的磁电式速度传感器和电压式加速度计相配。 (1)(1)磁电式速度传感器中的放大器磁电式速度传感器中的放大器 一般有几个通道，可同时放大多路信号，内设置有微积分网络，

11、包括一个微分电路和两个积分电路，它可直接与磁电式速度传感器配套使用，用来测量速度、加用来测量速度、加速度和不同频率范围的位移。速度和不同频率范围的位移。16 频率响应：21OOOOHz（5%）； 电压测量范围：O1OmV31.6V分八挡； 精度：测量误差不大于各量程满刻度的土4.0%； 电流输出：最大4mA（交流）； 电压输出：最大4V（有效值）； 振动测量范围：取决于连接的传感器； 系统误差：不大于士10； 使用温度：-100土40 0C； 重量：不大于1Okg。 17 压电式加速度计具有高输出阻抗的特性。相连放大器输入阻抗的大小将对测试系统的性能产生重大影响。一般的测振放大器的输入阻抗低。

12、因此，在测试系统中必须设置高输入阻抗的前置放大器。 目前，前置放大器有两种：前置电压放大器和电荷放大器。 183测振记录设备 记录仪的基本作用是记录和显示被测振动物理量随时间变化的曲线，以便进行分析、处理。因此，要求记录设备能完全真实地记录、存贮所测量的振动信号，以确保分析结果的可靠和精确度。4测振系统的标定 爆破振动测试系统中各种仪器、设备的性能参数对测试结果的可靠性及精度都具有很重要的意义。在仪器出厂前，生产厂家对各种仪器的性能指标参数都进行了校准测试。但用户在使用中为确保振动测试的质量，往往需要对测振仪器的主要性能参数进行定期标定和检验。19 测振仪器的标定可分为分部标定和系统标定。 分

13、别对测振传感器、放大器、记录仪进行各种功能参数的标定。 将传感器、放大器和记录仪组成的测试系统进行全系统的连机标定，以得到输入量与记录量之间的定量关系。 在爆破振动测试中，常采用的是测试系统的标定。常用的标定方法是在标准振动台上进行。 测试系统标定的主要内容有频率响应、灵敏度和线性度等。 20L20L20型智能爆破测振仪M20M20型智能爆破测振仪212.1 2.1 传感器带字面必须向上222.2 保持水平放置确定水平时，水平泡尽可能处于中心位置23如是地下爆破施工，监测垂直向上的建构物影响情况时，只关注的是Z轴的振动，所以无需X轴对着爆破中心2.3 X X方向对准爆破中心24刚性接触的标准是

14、和接触面粘结为一体2.4 与基岩刚性接触保证传感器与被测物之间的刚性粘结就是传感器与被测物体是一个整体25粘结剂： a) 生石膏粉 b) 灰浆 c) 502胶水3.1 混凝土（岩面）安装建议使用生石膏粉，凝固时间短，粘结性符合刚性接触，监测完成后易清理传感器26泥地打钢钎制作安装面，在安装面上进行安装在现场操作繁琐，建议采用填埋方式进行安装3.2 软土层地面安装 泥地打钢钎制作安装面，进行安装， 也可选择填埋的方式进行安装27侧壁和顶拱安装需使用的夹具一般要单独购买。3.3 顶拱和侧壁安装28监测目的直接决定监测点选择，请用户务必明确其目的性保护监测目的爆破安全距离民扰爆破施工时业主需要爆破监

15、测时保护建筑物时第三方监测时优化爆破参数时提供爆破施工效率时新爆区爆破施工时 监测点选择监测点选择292.1 保护监测为目的选点爆源ACDB最近原则： 选取最近的（构）建筑物，如图则应选择B建筑物布点30爆源砖砖混混砖砖混混最弱弱原则： 如图应选择土坯布点土土坯坯砖砖混混“强弱”描述的是建构物的抗震能力，以爆破安全规程规定不同建构物最大允许值为标准31爆源民民房房重点原则： 如图则应选择核电站布点核核电电站站“重点”描述的为建筑物重视程度，或纠纷的集中点民民房房民民房房32爆源等距原则： 布置A - B C - D“重点”描述的为建筑物重视程度，或纠纷的集中点保保护护物物保保护护物物保保护护物

16、物保保护护物物保保护护物物保保护护物物ABCD33布点方案一：1-2-3-4-52.2 爆破安全距离判定选点爆源AECDB12534布点方案二：A-B-C-D-E直线原则直线原则选择监测点时，遵循同一直线上布点34近爆破中心集中布点，方便线性回归对数原则对数原则同一监测线上，布点距离遵循对数原则监测点监测点爆破距离爆破距离A10mB20mC40mD80m35爆破振动测试若干技术问题1测点布置 在爆破振动测试工作中，测点布置占有极其重要的地位，直接影响爆破振动测试的效果及观测数据的应用价值，测点数目过少，观测数据不足以说明问题，或使描述的现象精度很低；测点数目过多，所需仪器数量及测试工作量较大。

17、如果测点布置不当，即使测点数目很多，但那些布置不合理的测点的观测数据也无应用价值。确定测点数目及测点位置主要是根据测试的目的和现场条件等因素。一般应考虑以下几点。 36 （1）为了深入研究建筑物的地震效应和确定建筑物安全的范围或制定爆震危险区域，。以便测定爆破地震强烈的区域以及地面震动强度随爆心距变化的规律。 （2）为了研究建筑物的动力响应，并在建筑物上具有代表性的位置布置测点，测定建筑物地面震动参数及结构的动力响应参数，以便对结构进行抗震验算或对拟建工程结构进行抗震设计。 37 （3）为了研究在爆区内选择建设场地，就需要在一定范围内，在特定的地形地质条件下，测定爆破地震波的衰减规律。测点数目

18、要足够多，一般在一条测线上测点数目不少于6个。另外，在不同的地貌、地质条件下也应布置测点，以使了解这些条件对爆破震动效应的影响。 （4）为避免试验数据密集在某一区域内，相邻测点比例距离倒数的对数值之差最好选为常数。 382爆破振动测试仪器的正确选择 (1)仪器的频率响应 (2)动态范围 (3)系统标定3传感器的安装与防护 (1)地震波测试 若测点表面为坚硬岩石，可直接在岩石表面修整一平台。若岩石凤化，则可将风化层清除，再浇筑一混凝土墩。测点表面为土质时，一般将表面松土夯实，铺以砂或碎石，再浇筑混凝土墩，然后再将传感器固定在平台或混凝土墩子上。 39 (2)结构动力响应测试 结构动力响应测试中，应变测量采用应变计直接粘贴在构件测点处；加速度、位移响应采用相应的传感器。传感器与测点表面固定根据其体情况而定。 传感器安装时，应注意定位方向，要使传感器方位与所测量的振动方向一致，否则，会带来误差。注意传感器防护。4测量导线问题 (1)测