【正文】 傳感器安。，但相對樁頂橫截面尺寸而言，激振點處為集中力作用，在樁頂部位難免出現(xiàn)與樁的徑向振型相對應的高頻干擾。，其目的是減少外露主筋振動對測試產(chǎn)生干擾信號。，粘結層應盡可能??；必要時可采用沖擊鉆打孔安裝方式，但傳感器底安裝面應與樁頂面緊密接觸。，相當于樁頭處存在很大的截面阻抗變化，對測試信號會產(chǎn)生影響。若外露主筋過長，影響正常測試時，應將其割短。，平面應平整并基本與樁身軸線垂直。該項工作非常重要，由于浮漿層不密實，與下部正常混凝土粘結不良，會形成一個不連續(xù)的界面。因此，要求受檢樁樁頂?shù)幕炷临|量、截面尺寸應與樁身設計條件基本等同。樁頂條件和樁頭處理好壞直接影響測試信號的質量。穩(wěn)態(tài)激振設備可包括掃頻信號發(fā)生器、功率放大器及電磁式激振器。通常手錘即使在一定錘重和加力條件下，由于樁頂敲擊點凹凸不平、軟硬不一，沖擊加速度幅值變化范圍很大（脈沖寬窄也發(fā)生較明顯變化），有些儀器沒有加速度超載報警功能，而削波的加速度波形積分成速度波形后可能不容易被察覺。錘頭的軟硬或錘墊的厚薄和錘的質量都能起到控制脈沖寬窄的作用，通常前者起主要作用；而后者（包括手錘輕敲或家里錘擊）主要是控制力脈沖幅值。樁直徑小時脈沖可稍寬一些。瞬態(tài)激振操作應通過現(xiàn)場試驗選擇不同材質的錘頭或錘墊，以獲得低頻寬脈沖或高頻窄脈沖。所以，在177。事實上，對加速度信號的積分相當于低通濾波，這種濾波作用對尖峰毛刺特別明顯。但這并不等于說，加速度計的頻響線性段達到2000Hz就足夠了。對于樁頂瞬態(tài)響應測量，習慣上是將加速度計的實測信號積分成速度曲線，并據(jù)此進行判讀。根據(jù)壓電式加速度計的結構特點和動態(tài)性能，當傳感器的可用上限頻率在其安裝諧振頻率的1/5以下時，可保證較高的沖擊測量精度，且在此范圍內，相位誤差完全可以忽略。時域分析：f∈（20,） (55a)頻域分析：f∈（30,） (55b)取c=4000m/s，根據(jù)不同檢測部位的需要，完成測試所需的頻帶寬度由式（55）計算，列于表5。式（55）即為完成正常測試所需要的頻率范圍，其中式（55a）為確保在時域分析中能完全記錄缺陷（或樁低）一階諧振峰，；式（55b）為確保在頻域中能完全記錄缺陷（或樁低）兩節(jié)諧振峰，以讀取頻差。利用反射波法測樁，為了提高時域信號的精度，要采用較高的采樣頻率；而將信號做頻譜分析或機械阻抗法分析時，為了提高頻率分辨率，根據(jù)樁實際情況，應采用較低的采樣頻率?？紤]到一些影響因素，這樣采樣頻率可選擇Nc/3L。假設一根長L的樁，混凝土波速為c，計算點數(shù)為N。采樣頻率越高，即采樣間隔時間越小，則時域信號精度越高，但頻率分辨率越低；反之，當采樣頻率越低，即采樣時間間隔越大，則時域信號精度越低，但頻率分辨率越高。采樣時間T，又稱采樣長度，是一次采樣N點所需要的時間： T=N?t (53)FFT計算點數(shù)N可設置為511022048等，可與采樣點數(shù)相等，也可以小于采樣點數(shù)，一般設置為1024點。當采樣頻率fm滿足關系： fs≥2fm (52)則采樣值具有原信號x（t）的全部信息，信號的頻譜x（f）不會發(fā)生混淆，這就是采樣定理。計算機不能對模擬信號進行處理，因此必須對模擬信號進行采樣，即把連續(xù)的模擬量變?yōu)閿嗬m(xù)的數(shù)字量。采樣時間宜為５0～１000μs，且可調。要求信號采集分析儀體積小、質量輕、性能穩(wěn)定，便于野外使用，同時應具備數(shù)據(jù)采集、記錄存儲、數(shù)字計算和信號分析功能。５V２－７＝177。設A/D轉換的位數(shù)為ｎ，則模擬信號的輸入量Va可表示成：Va≈Vr(a121+a222+?+an2n （413）最高位為符號位，則最小分辨率為２－(n1)?，F(xiàn)在幾乎所有用于樁基低應變檢測的信號采集分析儀的A/D轉換器位數(shù)都達到12位、16位。在信號采集分析儀中采樣是通過模/數(shù)（A/D）轉換器實現(xiàn)的，稱為A/D轉換。放大系統(tǒng)的增益應大于60dB，長期變化量應小于1%。電壓放大器在線路上比電荷放大器簡單，信噪比亦比電荷放大器高，但不像電荷放大器那樣可在低頻段使用，總增益受傳感器電纜長度的影響較電荷放大器大。完成這種功能有兩種前置放大器可供選擇，即電壓放大器和電荷放大器。檢波器一般有三個固有頻率，如38Hz的檢波器，f1=38Hz，f2=220Hz，f3=380Hz，用于測樁時容易產(chǎn)生指數(shù)衰減振蕩信號。高阻尼速度傳感器采用犧牲靈敏度，增大阻尼辦法拓寬其頻響范圍，比低阻尼速度傳感器更適宜于測樁。② 即使是高阻尼傳感器，由于其高頻不足或安裝不良出現(xiàn)諧振頻率，對淺部缺陷﹙＜2m﹚容易漏判或誤判。樁長增加，宜選擇較大的靈敏度。相對而言，速度傳感器的適用范圍較窄，具體如下：加速度傳感器及速度傳感器的比較　　表４項目加速度傳感器速度傳感器固有頻率fn高頻端，＞15kHz低頻端，～100Hz；機械阻抗法宜選擇較低的fn反射波法可選較高的fn頻帶寬度幾赫茲～1/3fnfn～1500Hz安裝諧振頻率＞10kHz＞靈敏度電壓靈敏度：＞100mV/g；點和靈敏度：＞100PC/g。速度傳感器的優(yōu)點是可以直接輸出電壓信號，毋須后接轉換設備，可提高測試系統(tǒng)的可靠度。實際使用中，針對不同樁長，可選擇不同靈敏度的速度傳感器。在樁基動測中，由于錘擊產(chǎn)生的能量較強，一般不要求靈敏度太高。現(xiàn)場使用時，安裝諧振頻率不得低于1500Hz。用于反射波法測樁，頻帶寬度應不窄于10～1000Hz。用于反射波法時可選擇較大的固有頻率；而用于機械阻抗法（特別是檢測樁基承載力）宜選擇固有頻率較低的速度傳感器（≤10Hz）?！?。引入阻尼還可以起到避免過大的共振振幅造成傳感器內部可動部件損壞，縮短響應過度時間的作用。式（411）為速度傳感器的頻率響應函數(shù)： Utνe=BLDejθ (411) D=λ2(1λ2)2+4ξ2λ2θ=arctan2ξλ1λ2 (0≤θ≤π)λ=ωωn,ωn=km,ξ=c2mk (412)式中：Ut——速度傳感器的輸出電壓； νe——待測振動速度； B——磁場強度； L——切割磁力線的線圈總長度； D——動力放大系數(shù)； Θ——相位差； λ——頻率比； ξ——阻尼系數(shù)。這種傳感器將振動速度轉換為電量，故稱速度傳感器。主要組成部分包括線圈、磁鐵和磁路。加速度傳感器同樣需要可靠安裝，否則也會出現(xiàn)如速度傳感器那樣的低頻諧振。加速度傳感器的頻響基本上都能滿足測試要求，但受環(huán)境干擾影響大。一般用對于主軸向的靈敏度的百分比表示，稱為橫向靈敏度比。當ωn?ω時，電荷幅值靈敏度為：Sq=QA =dk0ωn2 (49)式中：Sq——電荷幅值靈敏度，pC/(m/s2)； Q——電荷幅值，pC； A——加速度幅值，m/s2；電壓幅值靈敏度為： Sv=Sqca=dk0ωn2ca (410)式中：Sv——電壓幅值靈敏度，mV/(m/s2)； ca——壓電元件的電容量，F(xiàn)； 用于反射波法測樁的加速度傳感器的電壓靈敏度應大于100mV/g，電荷靈敏度應大于100pC/g,量程應大于100g。2主要技術指標① 固有頻率及頻帶寬度靈敏度較高的加速度傳感器其固有頻率在15～20kHz，測量時的上限頻率一般取固有頻率的1/3，固有5～7kHz的測量頻率上限，能滿足反射波法測樁上限頻率不小于2kHz的要求。將式（46）代入式（44）得輸出電量幅值Q與輸入加速度幅值A之比QA=dk0ωn21ωωn222ξωωn2 (47)當ωn?ω時，上式分母趨近于1，則式（47）變成： QA≈dk0 ωn2 (48)對于給定的加速度傳感器，式（48）右端各項均為常數(shù)。故有： F0=k0X (45)式中： F0——慣性力幅值，N； K0——壓電片的等效剛度，Nm。由此可得質量塊的相對位移幅值X與被測物體的絕對加速度幅值之間的關系為：XA=1ωn21ωωn222ξωωn2 (44)由式（44）可以看出，當ωn?ω，亦即加速度傳感器的固有頻率遠遠大于其工作頻率的上限時，相對位移的幅值X正比于被測正弦振動的加速度幅值A，兩者之間的相位差趨于近于零度。由牛頓第二定律得到質量塊的運動方程：Md2u+xdt2+cdydt+kx=0 （41）移項得：md2xdt2+cdxdt+kx=md2udt2 (42)設被測物體作簡諧振動，即u=u0cosωt。設k為簡化彈簧剛度，它是預壓彈簧剛度k1與壓電片等效剛度k0之和，質量m為質量塊和壓電陶瓷片質量之和，c為系統(tǒng)的等效阻尼。常用的壓電加速度傳感器有中心壓縮型、環(huán)形剪切型、三角剪切型三種結構形式。當它承受機械振動時，輸出端能產(chǎn)生與所承受的加速度成比例的電壓或電荷量。利用這種原理制成的傳感器稱為壓電式傳感器，可以將待測的振動量或沖擊量變成可測量的電量。由于反射波法診斷的依據(jù)是速度曲線，使速度傳感器還需對測得的加速度信號積分一次得到速度信號。速度傳感器的動態(tài)范圍一般小于60dB；而加速度傳感器可達到140～160dB的動態(tài)范圍。因此應依據(jù)樁的特點，激發(fā)合適脈沖寬度的入射波，有時在同一根樁上，按照不同的測試目的，需要產(chǎn)生不同的脈沖寬度。④ 脈沖寬度 脈沖寬度大，有利于長樁及深部缺陷檢測，但相應的波長增大，由于波具有繞射能力，若入射波波長比樁身中缺陷的特征尺寸大的多時，波大部分可以繞射過去，反射波強度降低，識別樁中小缺陷的能力就差，也就是分辨率低。③ 接觸面積 對于大直徑灌注樁，除應選擇重錘加大能量沖擊外，相應地要加大錘的直徑使得錘與樁頭的接觸面積增大。因此，檢測大直徑長樁時應選擇較重的力錘并加大錘擊速度，大幅度提高敲擊力度，但錘過重又將造成微小缺陷被掩蓋。② 沖擊能量 錘重及落錘速度的大小決定了能量的大小。工程實踐中，依“小鋼錘→小鐵錘→輕質脆性尼龍錘→輕質木錘→大鐵錘→柔性塑料錘→橡皮錘”，信號脈沖寬度τ越來越大（→5ms）。使用三十種反射波法動測中常用的錘敲擊預制樁樁頂，由安裝在錘頭上的力傳感器測量沖擊力，安裝在樁頂上的傳感器測量接收信號，實驗結果如表1。理想單位脈沖力的頻率從0至∞頻域內部含能量。大量現(xiàn)場試驗和理論分析表明，只有通過敲擊產(chǎn)生合適的振源，才有可能得到正確的波形曲線。與瞬態(tài)激振相比：穩(wěn)態(tài)激振的突出優(yōu)點是測試精度高，因每條譜線上的力值是不變的；而在瞬態(tài)激振力的離散譜上，每條譜線上的力值一般隨頻率增加而減小。穩(wěn)態(tài)激振設備主要由電磁式激振器、信號發(fā)生器、功率放大器和懸掛裝置等組成。為獲得錘擊力信號，可在手錘或力棒的錘頭上安裝壓電式力傳感器；或在自由下落式錘體上安裝加速度傳感器，利用F=ma原理測量錘擊力。錘頭材料依軟硬不同依次為：鋼、鋁、尼龍、硬塑料、聚四氟乙烯、硬橡膠等；錘墊一般用1～2mm厚薄層加筋或不加筋橡膠帶，試驗時根據(jù)脈沖寬度增減，比較靈活。 應力波反射波法測試系統(tǒng)工程樁檢測中最常用的瞬態(tài)激振設備是手錘和力棒，錘體質量一般為幾百克至幾十千克不等；偶有用質量約幾十甚至近百千克的穿心錘、鐵球作為激振源；過去在建筑工程基樁檢測中，還有利用水中大電流放電對樁頂施加壓力脈沖的做法?；鶚秳訙y儀的內部通常配有波形儲存器、電荷放大器、模/數(shù)轉換器(AD裝置)、信號采集分析儀等裝置，還配有相對應的處理軟件，觸控式屏幕，方便工作人員的操作和現(xiàn)場對數(shù)據(jù)的處理，另外還具有信號過濾和放大功能，使信號傳輸更準確。(5)技術人員對輸出波形數(shù)據(jù)進行分析和處理，判斷基樁的完整性。(3)采集到的加速度、速度或力信號經(jīng)電荷放大器轉化為電荷輸出信號。第四章 測試系統(tǒng)低應變反射波法檢測基樁完整性的過程為:(1)通過手錘或其它激振設備對樁頂施加脈沖波。特別的，當β→0即Z2=0時，相當于自由端反射，此時有ξR=1和ξT=0，在該界面處入射波和反射波疊加使力幅度變?yōu)榱?，而入射波和反射波分別引起的質點運動速度在界面的疊加結果使速度加倍。 （4）β1，即波從大阻抗介質傳入小阻抗介質。特別的，當β→∞即Z2→∞時，相當于剛性固端反射，此時有ξR=1和ξT=2，在該界面處入射波和反射波疊加使力幅度增加一倍，而入射波和反射波分別引起的質點運動速度在界面的疊加結果使速度為零。（3）β1，即波從小阻抗介質傳入大阻抗介質。因界面上力F和速度V應分別滿足牛頓第三定律 FI+FR=FT=F (340)和連續(xù)條件 VI+VR=VT=V (341)記完整性系數(shù)β=Z2Z1，反射系數(shù)ξR=（β1）（1+β），透射系數(shù)ξT=2β1+β，可得下列公式： FR =ξR?FI (342) VR=