专利名称：一种用于公路隧道悬挂风机基础稳定性检测的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及悬挂设备稳定性检测领域，具体地说，是一种用于公路隧道悬挂风机
基础稳定性检测的方法和系统。
背景技术：
随着我国公路交通的迅速发展，公路隧道大量修建。到2008年底，仅西部地区就
已建成公路隧道1961座、1102871延米，其中特长隧道50座、240198延米，长隧道217座、
362684延米。长大的公路隧道普遍设置有机械通风装置，而其中95%以上采用了悬挂式射
流通风，所以悬挂的射流风机基础的稳定性日益得到了人们的高度重视。 如图1所示，射流风机的安装方式一般是先在隧道拱顶预埋钢板，钢板与预埋钢
筋焊接连接，然后将风机安装支架焊接在钢板上。根据有关规范，风机吊挂安装前要对支承
结构作承载能力试验，所以，在安装支架焊接完成后，一般会对预埋件和支架作抗拔试验，
合格后再将风机挂在支架上。由于风机较重，且在运行中会产生一定的震动，对基础难免有
不良影响，所以风机运行一段时间后需要对预埋件基础的稳定性作重新检测。 现有的检测方法主要有以下三种再作抗拔试验，采用射线探伤，采用磁粉探伤。 而现有的各种检测方法均存在缺陷(1)作抗拔试验，由于风机体型较大，一般直
径均在一米多，在风机已安装的条件下抗拔试验操作非常困难，且观测也非常困难。如果将
风机卸下再作抗拔试验，工作量较大，试验周期也过长。(2)采用射线探伤，从理论上说，这
种方式主要检测预埋钢板与安装支架之间连接的可靠性，而实际上对预埋钢板与预埋钢筋
之间连接的可靠性检测较为困难，且不能检测预埋钢筋和混凝土之间的松动情况。(3)磁粉
探伤从目前的应用情况来看，也主要是检测到焊接支架的损伤情况，与射线探伤类似，对最
关键的预埋件的损伤情况无法检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于公路隧道悬挂风机基础稳定性检测的方法和系统，
该方法不仅能检测预埋件基础的稳定情况，也能检测焊接支架的故障情况，不需要卸下风
机，完全能够实现设备的在线监测，实现该方法的系统原理也简单，生产成本低廉，试验过
程中系统的操作简便、试验结果直观可靠，符合保障公路隧道安全运行的需要。 为达到上述目的，本发明具体表述一种用于公路隧道悬挂风机基础稳定性检测的
方法，其特征在于，按如下步骤进行 (A)获取标准参考信息先对预埋件作抗拔试验，在满足抗拔试验的预埋件上安装射流风机，然后作初次检测； 其检测方法为设置至少一个振动传感器在风机预埋件的测试点上，测量并记录风机从启动到平稳运行整个过程中预埋件的振动情况，由数据分析处理系统分析并生成检测信号的时域波形、信号频谱以及信号的变化趋势，将分析结果记录下来作为标准参考信息；
3
(B)获取检测信息风机运行一定时间后，再次对初次检测的测试点进行检测，测
试并记录风机从启动到平稳运行整个过程中的振动情况，由数据分析处理系统分析并生成
检测信号的时域波形、信号频谱以及信号的变化趋势，将分析结果作为测试信息； (C)判定比较将步骤(B)所得的测试信息与步骤(A)所得的标准参考信息进行
比较，如果满足预定的判定标准之一，则判定预埋件基础出现松动。
所述步骤(C)中判定预埋件基础出现松动的判定标准包括 (a)时域波形变为基频、分数谐波以及高次谐波的叠加波形； (b)特征频率出现了基频的分数谐波； (c)信号频谱中常伴频率有1. 5倍频、2倍频、3倍频、N倍频，所述N为大于3的整 数； (d)信号频谱中有时出现连续频谱； (e)在风机转速变化过程，信号时域波形的振幅出现突然增大或减小的现象； (f)在风机转速变化过程，预埋件基础机械振动的振幅出现明显变化。 所述测试点包括连接在预埋钢筋上的预埋钢板、焊接在预埋钢板上的安装支架以
及固定在安装支架上的射流风机。 采用这种方法对公路隧道悬挂风机基础稳定性检测，不需要取下笨重的风机设 备，也不会影响其它设备的正常运行，检测过程方便快捷，只需将检测系统中的振动传感器 安装在测试点上，检测并记录风机从启动到平稳运行整个过程中的振动情况，然后通过系 统分析处理软件生成检测信号的时域波形、频谱以及变化趋势等信息，最后与标准参考信 息进行对比即可，只要预埋件基础出现松动，检测到的各种信息与标准参考信息之间都会 出现显著的差异。本方法不但能够检测到焊接支架的故障情况，也能检测预埋钢板与预埋 钢筋以及预埋钢筋与混凝土之间的松动情况，相对于现有的几种检测方法来说，检测结果 的可靠性更强。 本发明还表述一种用于实现所述公路隧道悬挂风机基础稳定性检测方法的系统， 包括振动传感器，其关键在于所述振动传感器连接在信号放大电路的输入端，该信号放大 电路的输出端与滤波电路相连，该滤波电路的输出端与采样量化电路连接，所述采样量化 电路的输出端与CPU中央控制器连接，所述CPU中央控制器的输入端还连接有键盘，该CPU 中央控制器的输出端与显示器连接，该CPU中央控制器还配置有数据存储单元以及USB接 口电路，所述USB接口连接分析处理计算机。 所述振动传感器为位移传感器和/或速度传感器和/或加速度传感器，用于感应
采样点处的振动情况，并将机械动量转换为电信号量，振动传感器所检测出的微电信号量
经信号放大电路放大后传送到滤波电路，所述滤波电路滤除各种干扰信号，然后经过采样
量化电路量化为数字信号量送入CPU中央控制器中，所述CPU中央控制器用于协调各部分
电路的工作，键盘用于输入各种控制指令，显示器能够显示设备工作状态以及输出提示信
息，方便工作人员的操作，系统自备数据存储单元，可以临时存储检测数据，便于系统的离
线检测，通过配置USB数据接口 ，实现与分析处理计算机的数据传输，所述分析处理计算机
配置有信号分析处理软件，用于生成检测信号中的时域波形、频谱以及变化趋势。 通过分析处理计算机中配置的信号分析处理软件提取数据存储单元中存储的各
种检测信息，通过信号分析和处理生成直观的信号时域波形图、信号频谱图、信号能量变化
4趋势图等，方便工作人员与标准参考信息的对比。 本发明的显著效果是不仅能检测焊接支架的故障情况，也能检测预埋钢板与预埋钢筋之间以及预埋钢筋与混凝土之间的松动情况，试验过程中不需要卸下风机，也完全不影响设备的运行，实现该方法的系统原理简单，生产成本低廉，系统的操作简便、试验结果直观可靠，符合保障公路隧道安全运行的需要。
图1是公路隧道风机安装结构示意 图2是本发明系统结构方框图； 图3是实施例中系统检测到正常情况下预埋件基础振动频谱特征 图4是实施例中系统检测到松动情况下预埋件基础振动频谱特征图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。 如图1所示，公路隧道悬挂风机的预埋件包括设置在混凝土结构中的预埋钢筋A0，焊接在预埋钢筋A0上的预埋钢板A1，以及焊接在预埋钢板A1上的安装支架A2，在所述安装支架A2上用螺栓固定射流风机A3。 对悬挂风机的预埋件基础稳定性检测，按照如下步骤进行 (A)获取标准参考信息先对预埋件作抗拔试验，所述预埋件满足抗拔试验要求，确保各部件连接稳定后再安装射流风机A3，然后作初次检测； 其检测方法为将振动传感器固定在预埋钢板A1上，测量并记录射流风机A3从启动到平稳运行整个过程中的振动情况，由系统分析处理软件分析并生成信号频谱作为标准参考信息； 如图3所示，得到正常情况下预埋件基础振动频谱特征。
(B)获取检测信息风机运行一定时间(检修周期)后，再次对初次检测的测试点
进行检测，测试并记录风机从启动到平稳运行整个过程中的振动情况，由系统分析处理软
件分析并生成检测信号的信号频谱作为测试信息； 如图4所示，得到预埋件基础松动情况的振动频谱特征之一。 (C)判定比较将步骤(B)所得的测试信息与步骤(A)所得的标准参考信息进行比较。 如图3所示，正常情况下预埋件基础振动频谱特征，能量主要集中在基频f0，也许有2倍频和3倍频，但是能量较低，而在基础发生松动情况下再次检测时，如图4所示，记录的预埋件基础振动频谱特征中常伴频出现了分数频和4倍频，且2倍频和3倍频的能量也显著升高，所以可以判定检测点处的预埋件出现了松动或者是安装支架焊缝出现了裂纹。
如图2所示，用于实现所述公路隧道悬挂风机基础稳定性检测方法的系统，振动传感器1采用速度传感器，该振动传感器1连接在信号放大电路2的输入端，该信号放大电路2的输出端与滤波电路3相连，该滤波电路3的输出端与采样量化电路4连接，所述采样量化电路4的输出端与CPU中央控制器5连接，所述CPU中央控制器5的输入端还连接有键盘6，该CPU中央控制器5的输出端与显示器7连接，该CPU中央控制器5还配置有数据
5存储单元8以及USB接口电路，所述USB接口连接分析处理计算机9。 所述分析处理计算机9配置有数据分析处理系统，该数据分析处理系统提取振动 传感器1所感应出的数据信息流，能够生成如图3、图4所示的信号频谱图，还可以生成信号 时域波形图以及信号变化趋势图。
本发明的工作原理是 所述系统中的振动传感器1用于感应采样点处的振动情况，并将机械动量转换为 电信号量，振动传感器1所检测出的微电信号量经信号放大电路2放大后传送到滤波电路 3，所述滤波电路3滤除各种干扰信号，然后经过采样量化电路4量化为数字信号量送入CPU 中央控制器5中，所述CPU中央控制器5用于协调各部分电路的工作，键盘6用于输入各种 控制指令，显示器7能够显示设备工作状态以及输出提示信息，方便工作人员的操作，系统 自备数据存储单元8，可以临时存储检测数据，通过配置USB数据接口，实现与分析处理计 算机的数据传输，所述分析处理计算机9配置有信号分析处理软件，用于生成检测信号中 的时域波形、信号频谱以及信号变化趋势。 采用本系统对公路隧道悬挂风机基础稳定性检测，直接将检测时生成的信号时域 波形图、信号频谱图或者是信号变化趋势图与原有的标准参考信息对比，如果满足判断标 准，则判定预埋件基础稳定性出现问题。 尽管以上系统结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式
，上述具体实施方式
仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人 员在本实施例的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以作出多种类似的 表示，如更改振动传感器的种类和数量、更改测试点的位置以及选择不同的指标作为判定 标准等，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
一种用于公路隧道悬挂风机基础稳定性检测的方法，其特征在于按如下步骤进行(A)获取标准参考信息先对预埋件作抗拔试验，在满足抗拔试验的预埋件上安装射流风机，然后作初次检测；其检测方法为设置至少一个振动传感器在风机预埋件的测试点上，测量并记录风机从启动到平稳运行整个过程中预埋件的振动情况，由数据分析处理系统分析并生成检测信号的时域波形、信号频谱以及信号的变化趋势，记录分析结果作为标准参考信息；(B)获取检测信息风机运行一定时间后，再次对初次检测的测试点进行检测，测试并记录风机从启动到平稳运行整个过程中的振动情况，由数据分析处理系统分析并生成检测信号的时域波形、信号频谱以及信号的变化趋势，记录分析结果作为测试信息；(C)判定比较将步骤(B)所记录的测试信息与步骤(A)所记录的标准参考信息进行比较，如果满足预定的判定标准之一，则判定预埋件基础出现松动。
2. 根据权利要求1所述的一种用于公路隧道悬挂风机基础稳定性检测的方法，其特征 在于所述步骤(C)中判定预埋件基础出现松动的判定标准包括(a) 时域波形变为基频、分数谐波以及高次谐波的叠加波形；(b) 特征频率出现了基频的分数谐波；(c) 信号频谱中常伴频率有1. 5倍频、2倍频、3倍频、N倍频，所述N为大于3的整数；(d) 信号频谱中出现连续频谱；(e) 在风机转速变化过程，信号时域波形的振幅出现突然增大或减小的现象；(f) 在风机转速变化过程，预埋件基础机械振动的振幅出现明显变化。
3. 根据权利要求1所述的一种用于公路隧道悬挂风机基础稳定性检测的方法，其特征 在于所述测试点包括连接在预埋钢筋(AO)上的预埋钢板(Al)、焊接在预埋钢板(Al)上 的安装支架(A2)以及固定在安装支架(A2)上的射流风机(A3)。
4. 一种实现权1所述方法的公路隧道悬挂风机基础稳定性检测系统，包括振动传感器(1) ，其特征在于所述振动传感器(1)连接在信号放大电路(2)的输入端，该信号放大电路(2) 的输出端与滤波电路(3)相连，该滤波电路(3)的输出端与采样量化电路(4)连接，所 述采样量化电路(4)的输出端与CPU中央控制器(5)连接，所述CPU中央控制器(5)的输 入端还连接有键盘(6)，该CPU中央控制器(5)的输出端与显示器(7)连接，该CPU控制器 (5)还配置有数据存储单元(8)以及USB接口电路，所述USB接口连接分析处理计算机(9)。
5. 根据权利要求4所述的用于公路隧道悬挂风机基础稳定性检测的系统，其特征在 于所述振动传感器(1)为位移传感器和/或速度传感器和/或加速度传感器。
6. 根据权利要求4所述的用于公路隧道悬挂风机基础稳定性检测的系统，其特征在 于所述分析处理计算机(9)配置有数据分析处理系统，用于生成检测信号的时域波形图、 信号频谱图以及信号的变化趋势图。
全文摘要
本发明公开了一种用于公路隧道悬挂风机基础稳定性检测的方法和系统，其特征在于所述方法包括获取标准参考信息，获取检测信息以及判定比较三个步骤，判定比较的信息为风机从启动到平稳运行整个过程中所检测到的振动情况而生成的信号时域波形、频谱以及变化趋势；所述系统包括振动传感器、信号放大电路、滤波电路、采样量化电路、CPU中央控制器、键盘模块、显示器、数据存储单元以及分析处理计算机。其显著效果是不仅能检测焊接支架的故障情况，也能检测预埋钢板与预埋钢筋之间以及预埋钢筋与混凝土之间的松动情况，试验过程中不需卸下风机，也不影响设备的运行，系统原理简单，生产成本低廉，试验操作简便，结果可靠直观。
文档编号E02D33/00GK101787715SQ20101011514
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者邹小春 申请人:招商局重庆交通科研设计院有限公司