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全球最大的称重传感器 - 对泥石流称重

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泥石流中,数以吨计的泥土,水和碎片被冲刷到山谷中。为了更好的理解过程中产生的力,瑞士联邦研究院 WSL 采用 HBM 测量技术制作了一个特殊的秤。

称量山体滑坡

因此,瑞士联邦研究院 (WSL) 2000年在阿尔卑斯山设立了山体滑坡观测站。 "地点非常合适,因为在瑞士的阿尔卑斯山每年都会有多次山体滑坡,因此我们能够测量真实的自然过程,"  Deubelbeiss 博士说。 自2004年以来,称重传感器、超声波传感器、视频摄像机,和雷达等各种设备都已经安装到位,添加到一台泥石流秤上。 "这台秤帮助我们更好地理解山体滑坡的物理过程,而不是仅仅从外部观测。" 实际上,这是全球第一个也是最大的秤。

解耦力的测量

科学家们使用混凝土桥梁结构作为秤体基础。 其扁平的 U 型结构架立在 Illbach 溪床的上方。8米见方,12毫米厚,重达300公斤的钢板作为秤体台面。其还包括了 HEB360 部分 (2800 公斤), 作为测量部分。

"测量如此 巨大的动态力 实际上非常困难。山体滑坡是运动的,我们不可能让其停下来进行测量。“ WSL 测量专家 Bruno Fritschi 解释道。为了表示泥石流的力,秤体记录了垂直的法向力。这些力表示了从上到下施加的压力,并且同时测量了 水平剪切力。

因为在材料向前移动时,不断的负载被产生。水流压力和泥石流速度,深度也同时被测量。 "首先我们获得了流经这些数据点的泥石流的真实概括。同时,数据之间的相互关系对于测量技术来说是一个非常大的挑战。因为这些值必须进行解耦。这也是我们为何使用 HBM 传感器的原因,因为 HBM称重传感器不仅非常精确,并且能够让我们测量垂直力,而不会受到水平剪切力的影响。

泥石流产生的力通过弹性体传递到 称重传感器 (C2, 50 吨) 上。 ZEL 弹性支撑有多层钢板和橡胶层组成,并位于传感器的上方,这种结构可以消除水平方向的剪切力。 另外一个方向也安装了 U2A 称重传感器 ,同样可以消除其他方向的分力。

承受巨大冲击

泥石流的冲击高达数吨, "因此测量技术不仅需要获得高精度的测量结果, 其还需要承担更多," Fritschi 解释道. "泥石流中大型的石头在高速运动中,会产生巨大的冲击,传感器必须承受巨大的负载。我们必须对其进行保护,防止对传感器造成损害。”

依据测量结果,泥石流会以高达 40吨冲击力行进,速度高达每秒6米。HBM 的传感器系统的弹性支撑必须能够吸收这些力。并且传感器需要能在恶劣环境下工作。