无线遥测爆破振动的解决方案

1 前言
       在工程爆破施工中，由于爆破规模、方法和环境不同，爆破所引起的振动、空气冲击波，飞石、噪音和有毒气体对周围的建筑物、重要设施设备和人员会产生不同程度和范围的影响。其中爆破振动所产生的危害比较突出，因爆破而引起的民事纠纷大多数都是因为振动对建筑物结构产生了不良影响。因此，通过对爆破振动进行测试，一是可以了解和掌握爆破地震波的特征、传播规律以及对建筑物的影响、破坏机理等；二是根据测试结果可及时调整爆破参数和施工方法，制定防震措施，指导爆破安全作业，避免或减少爆破振动的危害作用。
      随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，国内外相关厂家和科研单位也研究和开发出了许多工程爆破测振仪器。这些仪器的共同特点都是基于虚拟仪器技术，通过计算机软件对所测爆破振动数据进行分析处理，同时硬件方面普遍采用了体积小，重量轻、便携式的测试设备，使工程爆破振动测试与过去相比，在数据存储、分析处理、现场布线等方面都有了很大的改进和提高，减轻了工程爆破振动测试人员的工作强度，提高了工作效率。
      然而在目前越来越多的大中型工程爆破施工中，多点爆破测振的要求越来越多，爆破振动的测点数也在不断增加，分布面也越来越广，如果还是采用以前的方式，每台测振仪器在试验前都要测试人员在近前进行参数设置，试验完成后还需要回收仪器并一一接到电脑上读取数据，现场工作强度相当大，因此需要一种能够在远距离监测、控制及读取数据的爆破振动遥测系统。四川拓普测控科技有限公司在多年来从事工程爆破测振仪器产品开发的基础上，针对爆破振动监测开发了第三代智能记录测试仪器，并同无线遥测模块一起有机组成了无线遥测爆破振动测试系统，提供了一个较为全面的无线遥测爆破振动的解决方案，本文将对该系统做介绍。

     2  测试系统配置及功能特点：
           2.1 系统功能要求：

      各节点的测振仪都能够自带电池供电，且可以自由安放于测试现场任何位置，方便布线；

      测振仪要轻巧、便携，外壳坚固，抗冲击、振动能力强；

      系统能够进行远程监测，无线读取测试数据；

      配套测振软件除能够进行工程爆破振动数据处理外，还应具有遥测控制、远程数据读取等功能；

    2.2 系统硬件配置：

      UBOX-5016爆破振动智能监测仪

      WLS9600无线遥测模块

      PSH-4.5水平向速度计

      PS-4.5垂直向速度计

    2.3 系统功能特点：

      系统采用UBOX-5016爆破振动智能监测仪、WLS9600无线遥测模块，与速度传感器相连，组成多点工程爆破振动无线遥测系统；

      整个遥测系统采用一点对多点的无线数据传输模式，分布式数据采集，实现1000米内（无障碍）远距离多点测振，每个遥测模块均可设定唯一的四位地址信息；

      每台测振仪自带电池供电，可分别自由安放，各点独立工作，自动完成数据采集和存贮，同时可及时无线遥控及读取测试数据，方便进行下一次测试准备；

      测振仪能够根据事先的设置自动记录爆破时产生的地震波波形，方便得到每个测点的振动信号振速最大值；

      每通道最高采样率为50KSps，可以向下分多档程控，适应各种频率的地震波采集；

      测振仪的A/D分辨率16Bit，可满足高精度测试要求，实际应用中仪器误差可忽略不计；

      每个测点的数据记录长度为128K字节，可分段记录多个振动事件；

      1000米内（无障碍）无线控制、数据传输速度9600bps；

      测振仪具有浮点放大功能，记录振动时可自适应信号强弱，实时自动调整增益和灵敏度，从而同时满足强振信号和弱振信号的监测，极大地扩大了测试的动态范围，保证了触发的可靠性和采样的精度；

      测振仪具有可预定义的四套参数表，用户现场脱机操作时，可方便的修改不同的记录参数，单键设置，灵活方便；参数表的设置参数可通过联机软件修改维护；

      系统软件遵照《爆破安全规程》的行业标准，包含了《振动、冲击数据分析和表示方法》的分析算法，仪器联机时可立即计算并显示3个方向的速度分量、矢量合成、振动主频，最大振幅等数据。

3  系统结构及工作原理：

    3.1 系统结构示意图：

图1  系统结构示意图

    3.2 系统工作原理及测试过程：
        如图1所示，系统由多套测试仪器组成，每套采用一台UBOX-5016爆破振动智能监测仪，一个WLS9600遥测模块及相应的垂直、水平向速度计。整个遥测系统采用一点对多点的无线数据传输模式，每个WLS9600遥测模块均可设定唯一的四位地址信息，且可设定为“主机”或“从机”。这样，由一台设为主机的遥测模块连接计算机，每台UBOX-5016爆破振动智能监测仪连接一台设为从机的遥测模块。通过改变地址设定，每台从机在系统中都具有唯一的地址ID，这样主机就可以远距离分别接收多台遥测模块（从机）的数据，而不必让测试人员走到每个测振仪前联机读取数据，同时每套遥测系统只需配置一台PC机或者笔记本电脑，即可实现多点遥测。
      在爆破现场测试前，用户只需进行简单的参数设置后启动采集，即可撤离现场，当地震波信号传来时，测振仪会自动记录下整个地震波的动态波形，将其转换为数字信号存储，测试人员在远离爆破现场处（1000米内无障碍），通过连接在计算机上的遥测模块（主机），即可实现远距离无线监测、数据传输，无须将每台测试仪联结至计算机，就可及时获取测试数据，洞悉测试信号和每台测试仪器的状态。

   4  系统软件：

         4.1爆破振动监测分析软件—BMView：

      BMView爆破振动监测分析软件是针对工程爆破测振的专业数据处理分析软件，运行于Win98/2000/XP操作系统平台。该软件拥有全汉化的仪器控制界面，提供硬件智能识别、多通道控制、显示、分析以及输出功能，包括工程标定、波形实时显示、无线遥测控制及数据读取、数据处理、存盘、打印及通讯功能，测试报告可自动生成，界面设置人性化，所有数据和图形可以直接发送到word中用户自行编辑，带有自校准，自动检测报警功能，具备全中文在线帮助。
      BMView爆破振动监测分析软件中包含了《振动、冲击数据分析和表示方法》的算法，并集成了萨道夫斯基经验公式，严格依照中华人民共和国国家标准——《爆破安全规程》的行业规范要求处理测试数据，为爆破测振的工程人员提供了信号记录测试、数据分析、数据管理、文件管理、报告生成等一系列的完整解决方案。

    4.2功能如下：

      人性化、图形化、全中文界面，全中文在线帮助；

      联机或通过遥测模块自动查找硬件，可灵活方便地设置各种采集参数、控制采集过程；

      遥测功能：远程读取每个遥测模块（从机）所联接的测振仪中的数据并监测其工作状态；

      最高振速：当测试数据导入进软件时，软件自动计算出振动速度的最大值；

      最高加速度：软件对采集的振动数据进行微分处理，自动计算出振动加速度的最大值；

      主振频率：软件对采集的振动数据进行FFT幅度谱分析，找出振幅最大点的频率值；

      V-ρ图：根据萨道夫斯基公式，在前期数据结果的基础上得到的振速与装药量和距离比值之间的线性关系度，此图越接近直线说明测试的数据越准确；

      振速预测：根据萨道夫斯基公式，在前期数据结果的基础上以图形形式预测在不同的装药量和距离下，爆破冲击产生的振动速；

      安全距离预测：根据萨道夫斯基公式，在前期数据结果的基础上以图形的形式预测在确定的安全振速下不同的装药量要求的安全距离；

      装药量预测：根据萨道夫斯基公式，在前期数据结果的基础上以图形的形式预测在确定的安全振速和距离下的最大装药量；

      以项目文件形式，协调统一管理试验的各项参数、数据，方便日后进行数据分析、查阅；

      针对日积月累的测试数据，可以方便的进行管理、对比，使用户从繁重枯燥的数据管理、处理工作中解脱出来；

      快捷的生成测试报告：用户可以直接在WORD或EXCEL内生成所需的测试报告，实验数据、图表，一应俱全。

5 结论：

      通过大量的实例应用，上述系统运行非常成功可靠，用户满意度高。

我们由此得到如下结论：
      1、 针对大中型多点工程爆破测振需求，四川拓普测控科技有限公司开发了“无线遥测爆破振动测试系统”，实践表明，系统各项指标功能完全满足多点工程爆破振动的测试要求；
      2、 该系统组建灵活方便，使用简单快捷，工作稳定可靠，抗干扰能力强，软件功能强大，数据处理迅速，遥测读取数据的功能极大地减少了现场工作强度，进一步推动了爆破振动测试仪器向智能化、人性化的发展；目前，该系列测振系统已在国内爆破、大坝、桥梁、矿山、公路、铁路、隧道、水电、机车、地震台站、建筑等多个大中型施工项目中大量成功应用，取得了显著成效。