桥梁挠度仪校准方法探讨与示值误差的不确定度分析
2017-08-21
前言：
桥梁挠度对于桥梁结构而言是一个非常重要的参数，它直接反映桥梁结构的竖向整体刚度，是反映桥梁线性变化的重要依据。现在人们常用的挠度测量有使用精密水准仪、全站仪、GPS、自准直仪以及桥梁挠度仪等，前面几种常用的大地测量仪器都有相应的国家规程开展周期检定，而桥梁挠度仪在检定和校准方面仍然是一个空缺，因此，我们单位开展了对桥梁挠度仪校准方法的研究。
1.桥梁挠度仪简介
桥梁挠度仪是新型桥检仪器，主要用于桥梁静态、动态挠曲度的测量，桥梁竣工验收、鉴定；军用浮桥、吊桥等特殊桥梁检测；大坝、码头的变形及震动位移监测；或大跨度结构的梁、柱、高层建筑、起重机械、钻井平台等的变形、振动的位移。较常见的有FTQN系列的桥梁挠度仪，FTQN系列桥梁挠度检测仪将专用靶标固定待测桥梁被测点，使靶标与桥梁有机的结合起来形成共振，将桥梁震动转换成特定波长的光源震动，通过光学解析系统将待测光信号解析至专用高精工业CCD，检测靶标在CCD上成像的中心坐标的变化即可精确测量被测桥梁在载荷作用下产生的纵向和横向位移及其对时间的响应曲线。系统的K值（Kx，Ky），即CCD上每个象素代表的实际位移值，可在测量之前进行标定。以该其中一个型号的桥梁挠度仪为例，它的技术参数如下：测量距离：10―300m（电池靶标）300―500m（交流靶）。测量量程：水平最大：300mm；竖向最大：400mm。分 辨 率：测量范围的1‰。测量精度：±0.03mm（10米距离动态测量）。采样频率：100Hz。测量点数：动挠度检测一个点两个方向（两维）；静挠度检测可扩展到20各点（两维）。
2.影响桥梁挠度仪测量结果的因素
按照一般计量器具以及桥梁挠度仪的仪器结构，该仪器有以下几项技术指标：
2.1水准气泡的准确度
水准起泡是否正常直接影响仪器是否在水平状态下工作，因此在使用仪器的时候必须检查水准起泡是否居中，以避免仪器不水平带来的误差。
2.2各个转动轴的垂直度
从桥梁挠度仪的结构可知，仪器的主体部分是一个电子经纬仪，如果是按照经纬仪的检定方法，三轴的垂直度对仪器是否合格至关重要。
2.3CCD和光路观测系统的精度
如果说前面的经纬仪装置是主体部分，那么CCD和光路观测系统的精度则是桥梁挠度仪的核心部分。
2.4实验人员的读数误差
操作员在瞄准目标及读数的过程中会有误差
由于是对桥梁挠度仪校准方法的初步研究，因此，以上影响因素最终是反映到桥梁挠度仪的静态示值误差上，也是桥梁挠度仪产品说明书上的最重要技术指标，因此，桥梁挠度仪的静态示值误差作为校准的主要评判标准。
3.桥梁挠度仪校准方法
本文主要介绍挠度仪静态示值误差的校准。静态示值误差是桥梁挠度仪技术指标的最直接反映，因此，判定一台挠度仪是否符合测量的要求可以归结为对其静态示值误差的检定。在校准过程中，我们主要使用的计量标准器具是经纬仪检定装置和垂准仪检定装置（光电数据采集部分）。根据桥梁挠度仪的测量原理，我们把标靶安装在垂准仪检定装置（光电数据采集部分）上，通过控制双轴位移的量，与桥梁挠度仪上监测到的偏移量进行对比，从而算出静态测量的示值误差。具体的操作如下：在30 m基线场的两端安置两个脚架，分别把挠度仪和激光垂准仪检定装置的读数设备水平安放在脚架上，把靶标固定在垂准仪读数装置的x轴上。按照说明书操作挠度仪，瞄准靶标，在软件的界面上能正常显示挠度曲线并且趋于稳定后置零。将检定装置置零，转动检定装置的微调装置，使得靶标在x轴上移动一段距离，检定装置上的读数为m，待挠度曲线稳定后，记录振幅为x。示值误差e=x-m。 校准挠度仪的Y轴示值误差，把靶标固定在检定装置的Y轴上，依据上述同样操作进行校准。
4.静态示值误差的不确定度分析
垂准仪检定装置误差引起的不确定度u （m）
在校准过程中使用的垂准仪检定装置的二级光电数据采集器一二级光栅的准确度不大于0.005 mm，均匀分布，有
=0.003 mm
合成标准不确定度：
主要标准不确定度汇总表（见表3）
