[摘要] 本文叙述的是桩基完整性测试时使用速度计应该注意的几个问题，剖析了速度计设计时几点特点，给出了幅频特性曲线，同时就施工时注意的问题进行了分析。

[关键词] 速度计 小应变 桩基 幅频特性

在小应变测桩基的完整性时，经常用到速度型传感器（简称速度计），它的基本结构如图1，衡量它的性能指标主要是灵敏度，频带、阻尼、失真度等，其中阻尼和灵敏度以及频带是比较重要的参数，也是本章介绍的重点。

 

图1 速度计基本结构

    其中速度计阻尼由两部分组成，一部分为线圈架的涡流阻尼，另外一部分为并联电阻的电磁阻尼。为了能使速度计很清楚地区分到达时差很短的有效波的振动，也就是说要有足够大的阻尼，另外一方面，过度阻尼将使速度计反应迟缓，灵敏度降低。速度计阻尼小，直接导致在测桩时，得到的波速比实际波速低，尤其在测试短桩时更为明显。只有达到合适的高阻尼后，才能表现出真正的波速，国家规范GB/T50269-97地基特性测试范围中规定速度计的阻尼在0.65-0.70是不完全合适的，应该细化，建议修改成"在测5米以内的短桩时，速度计阻尼应该在0.70-0.85之间比较合适"。在测试长桩时，阻尼可以依据GB/T50269-97的标准，毕竟对同一只速度计来说，要求阻尼高，必然要牺牲灵敏度，二者是矛盾的。

     速度计的内部结构是精密的机电一体化结构，为了避免外界电磁场对速度计的影响，速度计的线圈部分分上下线圈结构，上下两个线圈绕组的绕向是相反的，当线圈绕组切割磁力线时，两个线圈切割的分别是磁钢两极的磁力线，方向是相反的，由右手定则可判断出两个线圈绕组产生的感生电动势是相加的。同样当外界磁场作用于机芯时，上下绕组产生的电动势是相互抵消的。因此双线圈结构具有消除外界磁场干扰产生的电动势的优点，从而保证检波器输出的逼真度，加强扶正的特点。因此即使它的外部封装是带磁的钢结构件，也不会对速度计的性能参数产生影响。

     速度计内部支撑上下跳动的上下两个弹簧片分别介于上轭铁和上盖之间，轭铁与上下盖之间留有一定的缝隙空间。这样，上下弹簧片可以在此缝隙空间平面内旋转运动，并带动线圈一起转动，形成旋转线圈结构。这种结构可以抵抗外界碰撞震动或跌落过程对弹性系统的破坏，延长产品的使用寿命，并且对失真也有很大的改善。

速度计内部的弹性系统是上下弹簧片支撑的悬挂惯性体质量，预应变弹簧片结构主要保证了线圈的中心位置与磁场中心一致，从而提高了速度计的灵敏度输出，对速度计的假频也能改善。 这是更好保证传感器频带的最好办法，根据权威部门的检测，带预应变弹簧片结构的速度计频带比较平直，而没有预应变的速度计的频带呈现的是两端（低频端、高频端）高，中间低的"U"型结构，这样的结构不够平坦，图2是10HZ和35HZ速度计的幅频曲线对比图，其中10HZ速度计的弹簧片是经过预应变处理的，而35HZ的速度计的弹簧片没有经过处理，是平片的。当然预应变弹簧片工艺是传感器生产中比较复杂的一道工艺。

 

A、10Hz速度计频响曲线

 

 

B、35Hz速度计频响曲线

图2 10HZ和35HZ检波器幅频特性曲线比较

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     关于传感器安装谐振的问题，在工艺上，经常的耦合方式一般有3种：黄油耦合、橡皮泥耦合以及螺纹耦合，其中橡皮泥耦合是大家普遍使用的。一般而言，如果振动台不固定，放在地面或桌面上，在振动台用橡皮泥把速度计耦合在振动台上，在这种情况下，振动台和桌面的安装谐振频率在1050HZ左右，如图3所示的尖峰就是谐振峰。

 

图3 传感器安装谐振的曲线

    在实际施工中，由于场地的复杂性，坑坑洼洼的地方比较多，速度计在和仪器连接时必须有连接线，如果是普通市售的电线，由于是纯铜或纯铝材质而偏软，韧性比较差，用不了几回，就往往因为碾砸或折弯而断线造成开路，给现场检测带来诸多不便，根据此种情况，物探界现研制出的三钢四铜芯线和黄铜线（合金铜）组成的特殊物探电缆，就很好地解决了以上问题，该种特殊电缆它的特点是韧性好、拉力大，不怕挤压，导电性能也不错。

    根据不同用户的要求，速度计现有2种出线方式，如图4所示的结构图，一是通过Q9头出线，另外是顶端出线，电缆线用的是专用物探电缆。这两种出线方式各有利弊，Q9方式方便、灵活， 在连接处不会有断线情况，收工和施工时比较方便，好操作等特点。但Q9内芯容易氧化，时间长了，易氧化；顶端出现的速度计很好地解决Q9存在的问题，但如果不采用三钢四铜芯线和黄铜线的专用物探电缆，很容易在出线端出现断线而呈现开路现象，导致传感器出问题。

 

A、 Q9头输出方式 B、顶端出线方式

图4 速度计两种信号输出结构图比较

    顺便在此提一下速度计的频响问题，根据JJG134-87检定规程，速度计在不同频率所对应的灵敏度误差范围在±10%以内，根据中国测试技术研究院测试表明，EG-10型号的 速度计能很好地达到规范要求，在±5%以内。这与EG-10采用了预应变弹簧片结构和旋转线圈结构有关，大大提高了传感器的频带响应问题。具体测试参数见表1。

 

检 定 结 果

 

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1、 速度计电压灵敏度 （f=160Hz）、Sv=332.7mv/cm*s-1

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2、 速度计频率响应

f （Hz）

 

Vp(cm/s)

 

灵敏度(mv/cm*s-1)

 

20

40

80

160

400

800

1200

1500

 

3

3

3

3

3

2

1

1

 

328.4

333.9

333.4

332.7

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