摘要  本文闡述了四川拓普測控科技有限公司的無(wú)線(xiàn)遙測爆破振動(dòng)產(chǎn)品在工程爆破振動(dòng)信號測試中的應用，詳細的論述了系統功能特點(diǎn)、組成結構及工作原理。該系統通過(guò)采用USB接口便攜式爆破振動(dòng)記錄儀、無(wú)線(xiàn)遙測模塊及配套的虛擬儀器應用軟件，在工程爆破現場(chǎng)完成爆破振動(dòng)信號的多測點(diǎn)遙控遙測及數據的讀取、分析，充分展示了無(wú)線(xiàn)遙測爆破振動(dòng)產(chǎn)品及技術(shù)在工程爆破振動(dòng)測試中的作用。

　　關(guān)鍵詞  工程爆破振動(dòng)測試、便攜式數據采集、無(wú)線(xiàn)遙測、自動(dòng)化測試、數據處理。

　　1 前言

　　在工程爆破施工中，由于爆破規模、方法和環(huán)境不同，爆破所引起的振動(dòng)、空氣沖擊波，飛石、噪音和有毒氣體對周?chē)慕ㄖ?、重要設施設備和人員會(huì )產(chǎn)生不同程度和范圍的影響。其中爆破振動(dòng)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都是因為振動(dòng)對建筑物結構產(chǎn)生了不良影響。因此，通過(guò)對爆破振動(dòng)進(jìn)行測試，一是可以了解和掌握爆破地震波的特征、傳播規律以及對建筑物的影響、破壞機理等；二是根據測試結果可及時(shí)調整爆破參數和施工方法，制定防震措施，指導爆破安全作業(yè)，避免或減少爆破振動(dòng)的危害作用。

　　隨著(zhù)電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內外相關(guān)廠(chǎng)家和科研單位也研究和開(kāi)發(fā)出了許多工程爆破測振儀器。這些儀器的共同特點(diǎn)都是基于虛擬儀器技術(shù)，通過(guò)計算機軟件對所測爆破振動(dòng)數據進(jìn)行分析處理，同時(shí)硬件方面普遍采用了體積小，重量輕、便攜式的測試設備，使工程爆破振動(dòng)測試與過(guò)去相比，在數據存儲、分析處理、現場(chǎng)布線(xiàn)等方面都有了很大的改進(jìn)和提高，減輕了工程爆破振動(dòng)測試人員的工作強度，提高了工作效率。

　　然而在目前越來(lái)越多的大中型工程爆破施工中，多點(diǎn)爆破測振的要求越來(lái)越多，爆破振動(dòng)的測點(diǎn)數也在不斷增加，分布面也越來(lái)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)行參數設置，試驗完成后還需要回收儀器并一一接到電腦上讀取數據，現場(chǎng)工作強度相當大，因此需要一種能夠在遠距離監測、控制及讀取數據的爆破振動(dòng)遙測系統。四川拓普測控科技有限公司在多年來(lái)從事工程爆破測振儀器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基礎上，針對爆破振動(dòng)監測開(kāi)發(fā)了第三代智能記錄測試儀器，并同無(wú)線(xiàn)遙測模塊一起有機組成了無(wú)線(xiàn)遙測爆破振動(dòng)測試系統，提供了一個(gè)較為全面的無(wú)線(xiàn)遙測爆破振動(dòng)的解決方案，本文將對該系統做介紹。

　　2  測試系統配置及功能特點(diǎn)：

    2.1 系統功能要求：

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

　　測振儀要輕巧、便攜，外殼堅固，抗沖擊、振動(dòng)能力強；

　　系統能夠進(jìn)行遠程監測，無(wú)線(xiàn)讀取測試數據；

　　配套測振軟件除能夠進(jìn)行工程爆破振動(dòng)數據處理外，還應具有遙測控制、遠程數據讀取等功能；

    2.2 系統硬件配置：

　　UBOX-5016爆破振動(dòng)智能監測儀

　　WLS9600無(wú)線(xiàn)遙測模塊

　　PSH-4.5水平向速度計

　　PS-4.5垂直向速度計

    2.3 系統功能特點(diǎn)：

　　系統采用UBOX-5016爆破振動(dòng)智能監測儀、WLS9600無(wú)線(xiàn)遙測模塊，與速度傳感器相連，組成多點(diǎn)工程爆破振動(dòng)無(wú)線(xiàn)遙測系統；

　　整個(gè)遙測系統采用一點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)數據傳輸模式，分布式數據采集，實(shí)現1000米內（無(wú)障礙）遠距離多點(diǎn)測振，每個(gè)遙測模塊均可設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(diǎn)獨立工作，自動(dòng)完成數據采集和存貯，同時(shí)可及時(shí)無(wú)線(xiàn)遙控及讀取測試數據，方便進(jìn)行下一次測試準備；

　　測振儀能夠根據事先的設置自動(dòng)記錄爆破時(shí)產(chǎn)生的地震波波形，方便得到每個(gè)測點(diǎn)的振動(dòng)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，適應各種頻率的地震波采集；

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

　　每個(gè)測點(diǎn)的數據記錄長(cháng)度為128K字節，可分段記錄多個(gè)振動(dòng)事件；

　　1000米內（無(wú)障礙）無(wú)線(xiàn)控制、數據傳輸速度9600bps；

　　測振儀具有浮點(diǎn)放大功能，記錄振動(dòng)時(shí)可自適應信號強弱，實(shí)時(shí)自動(dòng)調整增益和靈敏度，從而同時(shí)滿(mǎn)足強振信號和弱振信號的監測，極大地擴大了測試的動(dòng)態(tài)范圍，保證了觸發(fā)的可靠性和采樣的精度；

　　測振儀具有可預定義的四套參數表，用戶(hù)現場(chǎng)脫機操作時(shí)，可方便的修改不同的記錄參數，單鍵設置，靈活方便；參數表的設置參數可通過(guò)聯(lián)機軟件修改維護；

　　系統軟件遵照《爆破安全規程》的行業(yè)標準，包含了《振動(dòng)、沖擊數據分析和表示方法》的分析算法，儀器聯(lián)機時(shí)可立即計算并顯示3個(gè)方向的速度分量、矢量合成、振動(dòng)主頻，最大振幅等數據。

　　3  系統結構及工作原理：

    3.1 系統結構示意圖：

圖1  系統結構示意圖

　　3.2 系統工作原理及測試過(guò)程：

　　如圖1所示，系統由多套測試儀器組成，每套采用一臺UBOX-5016爆破振動(dòng)智能監測儀，一個(gè)WLS9600遙測模塊及相應的垂直、水平向速度計。整個(gè)遙測系統采用一點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)數據傳輸模式，每個(gè)WLS9600遙測模塊均可設定唯一的四位地址信息，且可設定為“主機”或“從機”。這樣，由一臺設為主機的遙測模塊連接計算機，每臺UBOX-5016爆破振動(dòng)智能監測儀連接一臺設為從機的遙測模塊。通過(guò)改變地址設定，每臺從機在系統中都具有唯一的地址ID，這樣主機就可以遠距離分別接收多臺遙測模塊（從機）的數據，而不必讓測試人員走到每個(gè)測振儀前聯(lián)機讀取數據，同時(shí)每套遙測系統只需配置一臺PC機或者筆記本電腦，即可實(shí)現多點(diǎn)遙測。

　　在爆破現場(chǎng)測試前，用戶(hù)只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數設置后啟動(dòng)采集，即可撤離現場(chǎng)，當地震波信號傳來(lái)時(shí)，測振儀會(huì )自動(dòng)記錄下整個(gè)地震波的動(dòng)態(tài)波形，將其轉換為數字信號存儲，測試人員在遠離爆破現場(chǎng)處（1000米內無(wú)障礙），通過(guò)連接在計算機上的遙測模塊（主機），即可實(shí)現遠距離無(wú)線(xiàn)監測、數據傳輸，無(wú)須將每臺測試儀聯(lián)結至計算機，就可及時(shí)獲取測試數據，洞悉測試信號和每臺測試儀器的狀態(tài)。

　　4  系統軟件：

    4.1爆破振動(dòng)監測分析軟件—BMView：

　　BMView爆破振動(dòng)監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用軟件Topview2000而開(kāi)發(fā)集成的、針對工程爆破測振的專(zhuān)業(yè)數據處理分析軟件，運行于Win98/2000/XP操作系統平臺。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，包括工程標定、波形實(shí)時(shí)顯示、無(wú)線(xiàn)遙測控制及數據讀取、數據處理、存盤(pán)、打印及通訊功能，測試報告可自動(dòng)生成，界面設置人性化，所有數據和圖形可以直接發(fā)送到word中用戶(hù)自行編輯，帶有自校準，自動(dòng)檢測報警功能，具備全中文在線(xiàn)幫助。

　　BMView爆破振動(dòng)監測分析軟件中包含了《振動(dòng)、沖擊數據分析和表示方法》的算法，并集成了薩道夫斯基經(jīng)驗公式，嚴格依照中華人民共和國國家標準——《爆破安全規程》的行業(yè)規范要求處理測試數據，為爆破測振的工程人員提供了信號記錄測試、數據分析、數據管理、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(xiàn)幫助；

　　聯(lián)機或通過(guò)遙測模塊自動(dòng)查找硬件，可靈活方便地設置各種采集參數、控制采集過(guò)程；

　　遙測功能：遠程讀取每個(gè)遙測模塊（從機）所聯(lián)接的測振儀中的數據并監測其工作狀態(tài)；

　　最高振速：當測試數據導入進(jìn)軟件時(shí)，軟件自動(dòng)計算出振動(dòng)速度的最大值；

　　最高加速度：軟件對采集的振動(dòng)數據進(jìn)行微分處理，自動(dòng)計算出振動(dòng)加速度的最大值；

　　主振頻率：軟件對采集的振動(dòng)數據進(jìn)行FFT幅度譜分析，找出振幅最大點(diǎn)的頻率值；

　　V-ρ圖：根據薩道夫斯基公式，在前期數據結果的基礎上得到的振速與裝藥量和距離比值之間的線(xiàn)性關(guān)系度，此圖越接近直線(xiàn)說(shuō)明測試的數據越準確；

　　振速預測：根據薩道夫斯基公式，在前期數據結果的基礎上以圖形形式預測在不同的裝藥量和距離下，爆破沖擊產(chǎn)生的振動(dòng)速；

　　安全距離預測：根據薩道夫斯基公式，在前期數據結果的基礎上以圖形的形式預測在確定的安全振速下不同的裝藥量要求的安全距離；

　　裝藥量預測：根據薩道夫斯基公式，在前期數據結果的基礎上以圖形的形式預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)調統一管理試驗的各項參數、數據，方便日后進(jìn)行數據分析、查閱；

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

　　快捷的生成測試報告：用戶(hù)可以直接在WORD或EXCEL內生成所需的測試報告，實(shí)驗數據、圖表，一應俱全。

　　5 結論：

　　通過(guò)大量的實(shí)例應用，上述系統運行非常成功可靠，用戶(hù)滿(mǎn)意度高。

　　我們由此得到如下結論：

　　1、 針對大中型多點(diǎn)工程爆破測振需求，四川拓普測控科技有限公司開(kāi)發(fā)了“無(wú)線(xiàn)遙測爆破振動(dòng)測試系統”，實(shí)踐表明，系統各項指標功能完全滿(mǎn)足多點(diǎn)工程爆破振動(dòng)的測試要求；

　　2、 該系統組建靈活方便，使用簡(jiǎn)單快捷，工作穩定可靠，抗干擾能力強，軟件功能強大，數據處理迅速，遙測讀取數據的功能極大地減少了現場(chǎng)工作強度，進(jìn)一步推動(dòng)了爆破振動(dòng)測試儀器向智能化、人性化的發(fā)展；目前，該系列測振系統已在國內爆破、大壩、橋梁、礦山、公路、鐵路、隧道、水電、機車(chē)、地震臺站、建筑等多個(gè)大中型施工項目中大量成功應用，取得了顯著(zhù)成效。

　　參考文獻

　　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(shuō)明書(shū)/型錄 Vol.07   2007.03。