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摘要  本文闡述了四川拓普測控科技有限公司的無線遙測爆破振動產(chǎn)品在工程爆破振動信號測試中的應(yīng)用，詳細(xì)的論述了系統(tǒng)功能特點、組成結(jié)構(gòu)及工作原理。該系統(tǒng)通過采用USB接口便攜式爆破振動記錄儀、無線遙測模塊及配套的虛擬儀器應(yīng)用軟件，在工程爆破現(xiàn)場完成爆破振動信號的多測點遙控遙測及數(shù)據(jù)的讀取、分析，充分展示了無線遙測爆破振動產(chǎn)品及技術(shù)在工程爆破振動測試中的作用。
關(guān)鍵詞  工程爆破振動測試、便攜式數(shù)據(jù)采集、無線遙測、自動化測試、數(shù)據(jù)處理。

1 前言
      在工程爆破施工中，由于爆破規(guī)模、方法和環(huán)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、重要設(shè)施設(shè)備和人員會產(chǎn)生不同程度和范圍的影響。其中爆破振動所產(chǎn)生的危害比較突出，因爆破而引起的民事糾紛大多數(shù)都是因為振動對建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不良影響。因此，通過對爆破振動進(jìn)行測試，一是可以了解和掌握爆破地震波的特征、傳播規(guī)律以及對建筑物的影響、破壞機(jī)理等；二是根據(jù)測試結(jié)果可及時調(diào)整爆破參數(shù)和施工方法，制定防震措施，指導(dǎo)爆破安全作業(yè)，避免或減少爆破振動的危害作用。
      隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外相關(guān)廠家和科研單位也研究和開發(fā)出了許多工程爆破測振儀器。這些儀器的共同特點都是基于虛擬儀器技術(shù)，通過計算機(jī)軟件對所測爆破振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，同時硬件方面普遍采用了體積小，重量輕、便攜式的測試設(shè)備，使工程爆破振動測試與過去相比，在數(shù)據(jù)存儲、分析處理、現(xiàn)場布線等方面都有了很大的改進(jìn)和提高，減輕了工程爆破振動測試人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率。
      然而在目前越來越多的大中型工程爆破施工中，多點爆破測振的要求越來越多，爆破振動的測點數(shù)也在不斷增加，分布面也越來越廣，如果還是采用以前的方式，每臺測振儀器在試驗前都要測試人員在近前進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，試驗完成后還需要回收儀器并一一接到電腦上讀取數(shù)據(jù)，現(xiàn)場工作強(qiáng)度相當(dāng)大，因此需要一種能夠在遠(yuǎn)距離監(jiān)測、控制及讀取數(shù)據(jù)的爆破振動遙測系統(tǒng)。四川拓普測控科技有限公司在多年來從事工程爆破測振儀器產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)上，針對爆破振動監(jiān)測開發(fā)了第三代智能記錄測試儀器，并同無線遙測模塊一起有機(jī)組成了無線遙測爆破振動測試系統(tǒng)，提供了一個較為全面的無線遙測爆破振動的解決方案，本文將對該系統(tǒng)做介紹。

2  測試系統(tǒng)配置及功能特點：
    2.1 系統(tǒng)功能要求：

      各節(jié)點的測振儀都能夠自帶電池供電，且可以自由安放于測試現(xiàn)場任何位置，方便布線； 

      測振儀要輕巧、便攜，外殼堅固，抗沖擊、振動能力強(qiáng)； 

      系統(tǒng)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，無線讀取測試數(shù)據(jù)； 

      配套測振軟件除能夠進(jìn)行工程爆破振動數(shù)據(jù)處理外，還應(yīng)具有遙測控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取等功能；

    2.2 系統(tǒng)硬件配置：

      UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀 

      WLS9600無線遙測模塊 

      PSH-4.5水平向速度計 

      PS-4.5垂直向速度計

    2.3 系統(tǒng)功能特點：

      系統(tǒng)采用UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀、WLS9600無線遙測模塊，與速度傳感器相連，組成多點工程爆破振動無線遙測系統(tǒng)； 

      整個遙測系統(tǒng)采用一點對多點的無線數(shù)據(jù)傳輸模式，分布式數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)1000米內(nèi)（無障礙）遠(yuǎn)距離多點測振，每個遙測模塊均可設(shè)定唯一的四位地址信息； 

      每臺測振儀自帶電池供電，可分別自由安放，各點獨立工作，自動完成數(shù)據(jù)采集和存貯，同時可及時無線遙控及讀取測試數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行下一次測試準(zhǔn)備； 

      測振儀能夠根據(jù)事先的設(shè)置自動記錄爆破時產(chǎn)生的地震波波形，方便得到每個測點的振動信號振速最大值； 

      每通道最高采樣率為50KSps，可以向下分多檔程控，適應(yīng)各種頻率的地震波采集； 

      測振儀的A/D分辨率16Bit，可滿足高精度測試要求，實際應(yīng)用中儀器誤差可忽略不計； 

      每個測點的數(shù)據(jù)記錄長度為128K字節(jié)，可分段記錄多個振動事件； 

      1000米內(nèi)（無障礙）無線控制、數(shù)據(jù)傳輸速度9600bps； 

      測振儀具有浮點放大功能，記錄振動時可自適應(yīng)信號強(qiáng)弱，實時自動調(diào)整增益和靈敏度，從而同時滿足強(qiáng)振信號和弱振信號的監(jiān)測，極大地擴(kuò)大了測試的動態(tài)范圍，保證了觸發(fā)的可靠性和采樣的精度； 

      測振儀具有可預(yù)定義的四套參數(shù)表，用戶現(xiàn)場脫機(jī)操作時，可方便的修改不同的記錄參數(shù)，單鍵設(shè)置，靈活方便；參數(shù)表的設(shè)置參數(shù)可通過聯(lián)機(jī)軟件修改維護(hù)； 

      系統(tǒng)軟件遵照《爆破安全規(guī)程》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包含了《振動、沖擊數(shù)據(jù)分析和表示方法》的分析算法，儀器聯(lián)機(jī)時可立即計算并顯示3個方向的速度分量、矢量合成、振動主頻，最大振幅等數(shù)據(jù)。

3  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理：

    3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖：

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

    3.2 系統(tǒng)工作原理及測試過程：

      如圖1所示，系統(tǒng)由多套測試儀器組成，每套采用一臺UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀，一個WLS9600遙測模塊及相應(yīng)的垂直、水平向速度計。整個遙測系統(tǒng)采用一點對多點的無線數(shù)據(jù)傳輸模式，每個WLS9600遙測模塊均可設(shè)定唯一的四位地址信息，且可設(shè)定為“主機(jī)”或“從機(jī)”。這樣，由一臺設(shè)為主機(jī)的遙測模塊連接計算機(jī)，每臺UBOX-5016爆破振動智能監(jiān)測儀連接一臺設(shè)為從機(jī)的遙測模塊。通過改變地址設(shè)定，每臺從機(jī)在系統(tǒng)中都具有唯一的地址ID，這樣主機(jī)就可以遠(yuǎn)距離分別接收多臺遙測模塊（從機(jī)）的數(shù)據(jù)，而不必讓測試人員走到每個測振儀前聯(lián)機(jī)讀取數(shù)據(jù)，同時每套遙測系統(tǒng)只需配置一臺PC機(jī)或者筆記本電腦，即可實現(xiàn)多點遙測。
      在爆破現(xiàn)場測試前，用戶只需進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置后啟動采集，即可撤離現(xiàn)場，當(dāng)?shù)卣鸩ㄐ盘杺鱽頃r，測振儀會自動記錄下整個地震波的動態(tài)波形，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲，測試人員在遠(yuǎn)離爆破現(xiàn)場處（1000米內(nèi)無障礙），通過連接在計算機(jī)上的遙測模塊（主機(jī)），即可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸，無須將每臺測試儀聯(lián)結(jié)至計算機(jī)，就可及時獲取測試數(shù)據(jù)，洞悉測試信號和每臺測試儀器的狀態(tài)。

4  系統(tǒng)軟件：

    4.1爆破振動監(jiān)測分析軟件—BMView：

      BMView爆破振動監(jiān)測分析軟件是基于四川拓普測控科技有限公司的虛擬儀器應(yīng)用軟件Topview2000而開發(fā)集成的、針對工程爆破測振的專業(yè)數(shù)據(jù)處理分析軟件，運行于Win98/2000/XP操作系統(tǒng)平臺。該軟件擁有全漢化的儀器控制界面，提供硬件智能識別、多通道控制、顯示、分析以及輸出功能，包括工程標(biāo)定、波形實時顯示、無線遙測控制及數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)處理、存盤、打印及通訊功能，測試報告可自動生成，界面設(shè)置人性化，所有數(shù)據(jù)和圖形可以直接發(fā)送到word中用戶自行編輯，帶有自校準(zhǔn)，自動檢測報警功能，具備全中文在線幫助。
      BMView爆破振動監(jiān)測分析軟件中包含了《振動、沖擊數(shù)據(jù)分析和表示方法》的算法，并集成了薩道夫斯基經(jīng)驗公式，嚴(yán)格依照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)——《爆破安全規(guī)程》的行業(yè)規(guī)范要求處理測試數(shù)據(jù)，為爆破測振的工程人員提供了信號記錄測試、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理、文件管理、報告生成等一系列的完整解決方案。

    4.2功能如下：

      人性化、圖形化、全中文界面，全中文在線幫助；

      聯(lián)機(jī)或通過遙測模塊自動查找硬件，可靈活方便地設(shè)置各種采集參數(shù)、控制采集過程；

      遙測功能：遠(yuǎn)程讀取每個遙測模塊（從機(jī)）所聯(lián)接的測振儀中的數(shù)據(jù)并監(jiān)測其工作狀態(tài)；

      最高振速：當(dāng)測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)軟件時，軟件自動計算出振動速度的最大值；

      最高加速度：軟件對采集的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行微分處理，自動計算出振動加速度的最大值；

      主振頻率：軟件對采集的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT幅度譜分析，找出振幅最大點的頻率值；

      V-ρ圖：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上得到的振速與裝藥量和距離比值之間的線性關(guān)系度，此圖越接近直線說明測試的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確；

      振速預(yù)測：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上以圖形形式預(yù)測在不同的裝藥量和距離下，爆破沖擊產(chǎn)生的振動速；

      安全距離預(yù)測：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上以圖形的形式預(yù)測在確定的安全振速下不同的裝藥量要求的安全距離；

      裝藥量預(yù)測：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上以圖形的形式預(yù)測在確定的安全振速和距離下的最大裝藥量；

      以項目文件形式，協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理試驗的各項參數(shù)、數(shù)據(jù)，方便日后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、查閱；

      針對日積月累的測試數(shù)據(jù)，可以方便的進(jìn)行管理、對比，使用戶從繁重枯燥的數(shù)據(jù)管理、處理工作中解脫出來；

      快捷的生成測試報告：用戶可以直接在WORD或EXCEL內(nèi)生成所需的測試報告，實驗數(shù)據(jù)、圖表，一應(yīng)俱全。

5 結(jié)論：

      通過大量的實例應(yīng)用，上述系統(tǒng)運行非常成功可靠，用戶滿意度高。
我們由此得到如下結(jié)論：
      1、 針對大中型多點工程爆破測振需求，四川拓普測控科技有限公司開發(fā)了“無線遙測爆破振動測試系統(tǒng)”，實踐表明，系統(tǒng)各項指標(biāo)功能完全滿足多點工程爆破振動的測試要求；
      2、 該系統(tǒng)組建靈活方便，使用簡單快捷，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，軟件功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)處理迅速，遙測讀取數(shù)據(jù)的功能極大地減少了現(xiàn)場工作強(qiáng)度，進(jìn)一步推動了爆破振動測試儀器向智能化、人性化的發(fā)展；目前，該系列測振系統(tǒng)已在國內(nèi)爆破、大壩、橋梁、礦山、公路、鐵路、隧道、水電、機(jī)車、地震臺站、建筑等多個大中型施工項目中大量成功應(yīng)用，取得了顯著成效。

參考文獻(xiàn)
1、 劉建亮       工程爆破測試技術(shù)   北京理工大學(xué)出版社  1994.07；
2、 孟吉復(fù)等     爆破測試技術(shù)   冶金工業(yè)出版社  1992.12；
3、 四川拓普測控科技有限公司產(chǎn)品說明書/型錄 Vol.07   2007.03。