CN101514552B - 钢板桩互锁状态检测传感器 - Google Patents

Abstract

一种钢板桩互锁状态检测传感器，由二极管D1混联第一电阻R1和第二电阻R2形成闭合回路，从第一电阻R1的两端作为传感器的两个检测端，一个E端，一个F端。本发明效果是：在湿润的土壤、盐碱地、含金属矿物质较高的地带、沿海地带及河流沿岸等常见恶劣环境进行钢板桩施工时，适用本发明的传感器可对预定深度两相邻钢板桩的互锁状态得出较为准确的测量结果，不易受恶劣环境影响产生误判断。

Description

钢板桩互锁状态检测传感器 

技术领域

本发明属于测量检测传感器，特别涉及一种钢板桩互锁状态检测传感器。 

背景技术

对于钢板桩互锁状态检测，根据PCT/EP00/06484，filed Jul.7，2000内容介绍，目前存在三种工作原理的此类探测器。这三种探测器在湿润的土壤、盐碱地、含金属矿物质较高的地带、沿海地带及河流沿岸等常见恶劣施工环境中传感器发生误判断的风险很高。 

其中方式1：根据专利EP0141463，传感器探头被安装到钢板桩互锁装置内，两根信号线穿过板桩上的铁管，联通到传感器探头内并在探头内短路。两根信号线经由连接线联到电压电源上，从而从探头到地上的电压源形成了闭合回路。当两相邻钢板桩互锁装置在探头安装深度正确互锁，说明第二根钢板桩上的互锁装置已刺入第一个板桩互锁装置内从而将上述探头剪掉。这使得闭合回路被切断。从而可以验证两板桩在探头所在深度已正确互锁。相反当第二根板桩在探头所在深度未与第一根板桩正确互锁，则第二根板桩互锁装置上的凸起部位无法将第一根板桩互锁装置内的探头剪切掉，当第二根板桩打入后闭合回路依然不变，从而证明两板桩在探头所在深度已脱离开。 

然而专利EP0 141 463所呈现的传感器存在严重缺陷。例如当两根信号传输线短路时，则探测结果始终显示探头完整，当第两根板桩打入后，即便探头被剪掉，探测结果也将显示两板桩未正确互锁。与此相反，若第二根板桩在打入的最后阶段，两根信号传输线发生断路，则会误判断为探头已剪掉。根据上述两种情况，将会对板桩互锁状态得出错误的探测结果。根据上文所述，值得强调说明，传感器信号传输线短路及断路在实际施工中经常发生。根据专利EP0 141 463的传感器在测量板桩互锁状态时误判断的风险很高。 

方式2：根据专利EP00/06484，传感器内由电阻R1、R2、R3混联组成探测电路(如图1)，电阻R3在探头内。传感器完好时地上监测单元测得总电阻Ra＝RL+[R1*(R2+R3)/(R1+R2+R3)](如图1)。

传感器探头被剪掉时地上监测单元测得总电阻Rb＝RL+R1(如图2)。 

传感器与地上监测单元连接的导线短路时，地上监测单元测得总电阻Rc＝RL(如图3)。 

传感器与地上监测单元连接的导线断路时，地上监测单元测得总电阻Rd(如图4)。 

传感器探头被剪掉且被短路时，地上监测单元测得总电阻Re＝RL+[R1*R2/(R1+R2)](如图5)。 

然而当探头(即电阻R3)被剪掉，且裸露在外界的触点A、B周围存在具有一定阻抗的导电液体(如海水)或导电矿石(如铁矿石)。此时若外界导电介质的阻抗接近R3的阻值(如图6)，则地上监测单元测得的总电阻约等于Ra，即误判断为传感器探头完好。值得强调说明，在湿润的土壤、盐碱地、含金属矿物质较高的地带、沿海地带及河流沿岸等常见恶劣环境进行钢板桩施工时，此类误判断易于发生。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种钢板桩互锁状态检测传感器。解决在湿润的土壤、盐碱地、含金属矿物质较高的地带、沿海地带及河流沿岸等常见恶劣施工环境中传感器发生误判断的风险很高。 

本发明的技术方案是： 

一种钢板桩互锁状态检测传感器，其特征在于：由二极管D1混联第一电阻R1和第二电阻R2形成闭合回路，从第一电阻R1的两端作为传感器的两个检测端，一个E端，一个F端。 

两根信号线分别由传感器内的E端、F端两点联通到陆地上的监测单元；两根信号线一根经由连接线联到监测单元的信号地---零电位，另一根信号线经由连接线接收到监测单元内信号发生器发出的周期为T秒的电平变化信号，例如说明书中指出的方波信号，使单向导电元件二极管(D1)发生周期性的导通和截止；从而使传感器内电路到地上的监测单元的信号发生器形成了闭合回路。电平变化信号的一种是方波信号。 

本发明效果是： 

在湿润的土壤、盐碱地、含金属矿物质较高的地带、沿海地带及河流沿岸等常见恶劣环境进行钢板桩施工时，适用本发明的传感器可对预定深度两相邻钢板桩的互锁状态得出较为准确的测量结果，不易受恶劣环境影响产生误判断。 

附图说明

图1是专利EP00/06484，传感器内由电阻R1、R2、R3混联组成的探测电路图。 

图2是传感器探头被剪掉时地上监测单元测得总电阻Rb＝RL+R1的原理图。 

图3是传感器与地上监测单元连接的导线短路时，地上监测单元测得总电阻Rc＝RL的原理示意图。 

图4是传感器与地上监测单元连接的导线断路时，地上监测单元测得总电阻Rd的原理图。 

图5是传感器探头被剪掉且被短路时，地上监测单元测得总电阻Re＝RL+[R1*R2/(R1+R2)]的原理图。 

图6是当探头(即电阻R3)被剪掉，且裸露在外界的触点A、B周围存在阻抗接近R3阻值的导电液体(如海水)或导电矿石(如铁矿石)的原理示意图。 

图7.1是钢板桩互锁状态检测传感器的结构及使用示意图。 

图7.2是钢板桩互锁状态检测传感器的使用示意图。 

图8是当传感器及导线完好时电路原理示意图。 

图9是当传感器上的探头被剪掉即二极管D1被剪掉，且H、G两裸露触点未短路时原理示意图。 

图10是当传感器上的探头被剪掉即二极管D1被剪掉，且H、G两裸露触点被短路时原理示意图。 

图11是当传感器上的探头被剪掉即二极管D1被剪掉，且H、G两裸露触点被接入一等效阻抗为R_N的外界导电介质原理示意图。 

图12是当传感器与地上监测单元连接的两根传输导线被短路时原理示意图。 

图13是当传感器与地上监测单元连接的两根传输导线被断路时原理示意图。 

图中：RL导线等效电阻，RN外界导电介质等效阻抗，A电流表，1、第二根钢板桩的互锁装置，2、传感器所在钢板桩的互锁装置，3、传感器，4、传感器探头，5、连接地上监测单元和传感器的两根导线，6、地上监测单元，7传感器内部，8、方波信号发生器。

具体实施方式

如图7.1所示的一种钢板桩互锁状态检测传感器，由二极管D1混联第一电阻R1和第二电阻R2形成闭合回路，从第一电阻R1的两端作为传感器的两个检测端，一个E端，一个F端。 

两根信号线分别由传感器内的E端、F端两点联通到陆地上的监测单元；两根信号线一根经由连接线联到监测单元的信号地---零电位，另一根信号线经由连接线接收到监测单元内信号发生器发出的周期为T秒的电平变化信号例如说明书中指出的方波信号，使单向导电元件二极管(D1)发生周期性的导通和截止；从而使探头内电路到地上的监测单元的信号发生器形成了闭合回路。 

如图7.1所示传感器探头被安装到钢板桩互锁装置内，二极管D1在探头内，两根信号线分别由传感器内的E、F两点(如图7.1)引出穿过板桩上的护线铁管联通到陆地上的监测单元。两根信号线一根经由连接线联到监测单元的信号地(零电位)，另一根信号线经由连接线接收到监测单元内信号发生器发出的周期为T秒的方波信号(但不限于方波信号，电平变化信号即可)，信号高低电平分别为V1(正电压)和V2(负电压)，且电压值V1＝—V2，则其绝对值|V1|＝|V2|。从而使探头到地上的监测单元的信号发生器形成了闭合回路(如图7.1和图7.2)。 

当传感器及导线完好时，电路原理(如图8)。当K点电压为V1(正电压)时，电流表测得电流值I₃。 

$I_3=\frac{\left|V1\right|}{\frac{R_1*(R_2+R_D)}{R_1+R_2+R_D}+R_L}$

上式中R_D是二极管D1的等效电阻。当K点电压为V2(负电压)时，二极管受反向电压而截止，则电流表测得电流值I₄，可见I₃>I₄。 

$I_4=\frac{\left|V1\right|}{R_1+R_L}$

则传感器及导线完好时，由于K点方波信号周期T秒，所以电流表所测得电流值每隔T/2秒在I₃和I₄间交替变换一次。 

当传感器上的探头被剪掉即二极管D1被剪掉，且H、G两裸露触点未短路时(如图9)，电流表测得电流值I₄。

当传感器上的探头被剪掉即二极管D1被剪掉，且H、G两裸露触点被短路时(如图10)，电流表测得电流值I₂，可见I₂>I₃>I₄。 

$I_2=\frac{\left|V1\right|}{\frac{R_2*R_2}{R_1+R_2}+R_L}$

当传感器上的探头被剪掉即二极管D1被剪掉，且H、G两裸露触点被接入一等效阻抗为R_N的外界导电介质(如图11)，电流表测得电流值I_N，可见I₂>I_N>I₄。 

$I_N=\frac{\left|V1\right|}{\frac{R_1*(R_2+R_N)}{R_1+R_2+R_N}+R_L}$

当传感器与地上监测单元连接的两根传输导线被短路时(如图12)，电流表测得电流值I₁，可见I₁>I₂>I₃>I₄。 

$I_1=\frac{\left|V1\right|}{R_L}$

当传感器与地上监测单元连接的两根传输导线被断路时(如图13)，电流表测得电流值I₅，可见I₁>I₂>I₃>I₄>I₅。 

I₅≈0A 

在地上监测单元内设置四个电流参考值I_a、I_b、I_c、I_d，使得I_a>I₁>I_b>I₂>I₃>I_c>I₄>I_d>I₅。 

当电流表所测的电流值恒为I_X且满足I_a>I_X>I_b时，地上监测单元指示为状态1，表明传感器与地上监测单元连接的两根传输导线已被短路。 

当电流表所测的电流值恒为I_X且满足I_b>I_X>I_c时，地上监测单元指示为状态2，表明传感器上的探头已被剪掉即二极管D1被剪掉，且H、G两裸露触点被短路。 

当电流表所测的电流值恒为I_X且满足I_c>I_X>I_d时，地上监测单元指示为状态3，表明传感器上的探头已被剪掉即二极管D1被剪掉，且H、G两裸露触点开路。 

当电流表所测的电流值恒为I_X且满足I_d>I_X时，地上监测单元指示为状态 4，表明传感器与地上监测单元连接的两根传输导线被断路。 

当电流表所测的电流值每隔T/2秒在I_X和I_Y间交替变换一次，且满足I_b>I_X>I_c>I_Y>I_d时，地上监测单元指示为状态5，表明传感器及导线完好。 

当传感器如图8所示正确安装在预定深度的钢板桩互锁装置内，且传感器通过导线与地上监测单元联通形成闭合回路后打入第二根钢板桩，使第二根钢板桩的互锁装置刺入传感器所在的第一根板桩的互锁装置内。当第二根钢板桩互锁装置的头部打入到传感器所在深度时，若此时地上监测单元指示为状态5，则说明第二根板桩互锁装置上的凸起部位无法将第一根板桩互锁装置内的探头剪切掉，当第二根板桩打入后闭合回路依然不变，从而证明两板桩在探头所在深度已脱离开。若地上监测单元指示为状态2或状态3，说明第二根钢板桩上的互锁装置在传感器安装深度已刺入第一个板桩互锁装置内从而将上述探头剪掉，这使得二极管D1被剪掉。从而可以验证两板桩在探头所在深度已正确互锁。若地上监测单元指示为状态1或状态4，说明传感器与地上监测单元连接的两根传输导线出现上述故障而无法探明探头状态。 

当传感器上的探头被剪掉即二极管D1被剪掉，且H、G两裸露触点被接入一等效阻抗为R_N的外界导电介质(如图11)，电流表测得电流值I_N，由于I₂>I_N>I₄，所以I_b>I_N>I_d，此时地上监测单元指示为状态2或状态3，即两板桩在探头所在深度已正确互锁，由于I_N不会发生规则的周期性变化，所以此时不会被误判断为状态5，即探头及导线完好，两板桩在探头所在深度已脱离开。 

因此即便在湿润的土壤、盐碱地、含金属矿物质较高的地带、沿海地带及河流沿岸等常见恶劣环境进行钢板桩施工时，本发明的传感器可对预定深度两相邻钢板桩的互锁状态得出较为准确的测量结果，不易将探头剪掉误判断为探头完好。

Claims (2)

1.一种钢板桩互锁状态检测传感器，其特征在于：由单向导电元件二极管(D1)混联第一电阻(R1)和第二电阻(R2)形成闭合回路，从第一电阻(R1)的两端作为传感器的两个检测端，一个E端，一个F端；两根信号线分别由传感器内的E端、F端两点联通到陆地上的监测单元；两根信号线一根经由连接线联到监测单元的信号地-零电位，另一根信号线经由连接线接收到监测单元内信号发生器发出的周期为T秒的电平变化信号，使单向导电元件二极管(D1)发生周期性的导通和截止；从而使传感器内电路到地上的监测单元的信号发生器形成了闭合回路。

2.根据权利要求1所述的钢板桩互锁状态检测传感器，其特征在于：电平变化信号的一种是方波信号。

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