建筑結構試驗課件第四章_結構試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器

1、第四章第四章 結構試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器v主要內容v 4.1 概述v 4.2 傳感器v 4.3 記錄器v 4.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第四章第四章 結構試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器v教學內容 v1概述：包括測試方法的分類，主要技術指標，測試系統(tǒng)的標定的原則。 v2應變測量： v電阻應變測量方法：包括應變片的測量原理，應變片的結構，應變片的篩選和粘貼，應變儀的測量原理，測量橋路，溫度補償原理，測量中的注意事項。 v手持式應變儀振弦式應變計：包括振弦式應變計的測試原理，振弦式應變計的結構。 v光纖應變測量。 v3位移測量：包括百分表和電子百分表，差動變壓器式位移計，角位移傳感器，光學方法。 v4荷載傳感器。

2、 v5裂縫的測量。 v6振動參數(shù)的測量儀器。 第四章第四章 結構試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器v重點：測試方法的分類，主要技術指標，測試系統(tǒng)的標定的原則，電阻應變測量方法，振弦式應變計，電子百分表，差動變壓器式位移計，荷載傳感器，裂縫的測量。 v難點：各種測試方法的電學原理。v實驗課內容 v電阻應變測量實驗：包括1）應變片的選擇和粘貼；2）應變儀的使用；3）半全橋路測量等強度梁的應變。 第四章第四章 結構試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器v教學要求 v1熟練掌握測試方法的分類，主要技術指標的概念，測試系統(tǒng)的標定原則。 v2熟練掌握電阻應變測量方法，振弦式應變計的原理和使用方法。 v3熟練掌握差動變壓器式位移計

3、的原理和使用方法，熟練掌握電子百分表的使用方法。 v4熟練掌握荷重傳感器和裂縫的測量的基本原理和使用方法。 v5掌握手持式應變儀的使用方法，光纖應變測量，角位移傳感器，光學方法，振動參數(shù)的測量儀器; v6實驗課的內容必須完成。第四章4.1 概述v數(shù)據(jù)采集：用多種儀器和裝置測量結構試驗中的輸入（作用）和輸出（效應、響應）數(shù)據(jù)。v結構試驗數(shù)據(jù)采集的發(fā)展過程： 人工測量、人工記錄：直尺、秤等 儀器測量、人工記錄：YJ-5應變儀等 儀器測量、儀器記錄：傳感器+ X-Y記錄儀等 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：輸力強數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。第四章4.1 概述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)感受部分放大部分分析儀器顯示記錄部分傳感器放大器顯示器、記錄

4、儀計算機、程序第四章4.1 概述v結構靜力試驗：主要測量局部纖維應變和整體變形，多使用復合式儀表。v結構動力試驗：量測結構動力特征和動態(tài)反應，使用動態(tài)模擬儀器。v數(shù)據(jù)采集的儀器設備（按功能與使用情況分）：傳感器、放大器、顯示器、記錄器、分析儀器等。第四章4.1 概述v測量儀器設備的主要技術性能指標：測量儀器設備的主要技術性能指標：v 刻度值（最小分度值）：指示或顯示裝置所能指示的最小量測值。v 量 程：儀器可以測量的最大范圍。v 靈敏度：儀器對被測物理量變化的反應能力。v 分辨率：測量被測物理量最小變化值的能力。v 線性度：儀器校準曲線對理想擬合直線的接近程度。v 穩(wěn)定性：規(guī)定時間內保持示值與

5、特性參數(shù)不變的能力。v 重復性：重復測試同一數(shù)值時保持示值一致的能力。v 頻率響應：動測儀器輸出信號隨輸入信號變化的特性。第四章4.1 概述v結構試驗對儀器設備的使用要求：結構試驗對儀器設備的使用要求：v 自重輕、尺寸小，不影響結構工作與受力；v 合適的靈敏度和量程；v 安裝使用方便，穩(wěn)定性和重復性好；v 價廉耐用，可重復使用，安全可靠，維修容易；v 多功能，多用途，適應多方面需要。v數(shù)據(jù)采集應遵循同時性和客觀性原則數(shù)據(jù)采集應遵循同時性和客觀性原則。v為確定儀器設備的靈敏度和精確度、確定試驗數(shù)據(jù)為確定儀器設備的靈敏度和精確度、確定試驗數(shù)據(jù)的誤差，應在試驗前后對儀器設備進行標定的誤差，應在試驗前

6、后對儀器設備進行標定。第四章4.2 傳感器v4.2.1 基本原理v機械式傳感器機械式傳感器：利用機械原理進行工作，包括感受機構、轉換機械、顯示裝置和附屬裝置四部分。v電測傳感器電測傳感器：利用某種特殊材料的電學性能、或某種裝置的電學原理，把所需測量的非電物理量變化轉換成電量變化，主要包括感受部分、轉換部分、傳輸部分和附屬裝置四部分。v其他傳感器其他傳感器：包括紅外線傳感器、激光傳感器、光纖傳感器和超聲波傳感器等。第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應變計v工作原理工作原理：利用某種金屬絲導體的“應變電阻效應”。v構造組成構造組成：v 引出線v 覆蓋層v 電阻柵v 基底材料第四章4.2 傳感器

7、v4.2.2 電阻應變計第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應變計v電阻應變計的特點電阻應變計的特點：靈敏度高，應變片尺寸小（應力集中區(qū)密集貼片），質量輕，粘貼牢固，適用于高、低溫環(huán)境（-50100）。v主要技術指標主要技術指標: :v 電阻值R：120。v 標距l(xiāng)：即電阻柵的有效長度。鋼筋片21、32等，砼片804、1005等（大于4倍最大粗骨料粒徑，還與應變梯度有關）。v 靈敏度系數(shù)K：即單位應變引起應變計的電阻變化。應與應變儀的靈敏度系數(shù)設置相協(xié)調。第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應變計v電阻應變儀的分類電阻應變儀的分類: :v 按電阻柵的種類分：絲繞式、短接式、箔式、半導體式、

8、焊接式；v 按電阻柵的形狀分：單向應變片、應變花（雙向、三向）；v 按基底材料分：紙基、膠基；v 按使用極限溫度分：低溫、常溫、高溫。第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應變計v電阻應變計的粘貼方法：v檢查與分選應變計檢查與分選應變計:用放大鏡對應變計進行外觀檢查，若敏感柵有霉斑、銹點、斷絲、變形及片內有氣泡者剔除；用萬能表及電橋測阻值并選配。 v試件表面處理試件表面處理:用細紗紙交叉打磨試件，使表面粗糙度Ra為1.6以下，用4H的鉛筆畫線，用無水酒精或四氯化碳、丙酮擦至無垢為止。第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應變計v電阻應變計的粘貼方法：v粘片粘片:粘貼方法視粘結劑和應變計的基底不

9、同而定。粘片時先擦洗應變計基底，晾干后分別在試件及應變計粘貼面涂一層薄而均勻的膠水，并立即將應變計對準放好，然后其上墊一層玻璃紙，用手指單向滾壓數(shù)次，擠出多余的膠水和氣泡，干燥固化后去掉紙墊。 v檢查檢查:用放大鏡檢查應變計是否貼正、粘牢、斷絲，有無氣泡和褶皺扭翹，然后用兆歐表檢查絲柵與試件之間的絕緣電阻(一般應在200M以上)。亦可把應變片接在應變儀上，用橡皮輕壓絲柵，若應變儀輸出有變，說明片下有氣泡或剝離，應予重貼。第四章4.2 傳感器v電阻應變計的粘貼方法：v連線組橋連線組橋:應變計引出線應加套管并彎曲后焊在接線端子上，組橋導線從接線端子引出，要求焊點光滑，不得有毛刺、虛焊現(xiàn)象。可涂環(huán)氧

10、樹脂、瀝青或點焊箔條，以防止導線移動。 v防護防護:為防止因物理或化學原因引起應變計的失效，粘貼好的應變計必須采取防護措施。常用的防護劑有合成橡膠、環(huán)氧樹脂以及凡士林、松香、石蠟等，可根據(jù)試驗的環(huán)境和測試要求選取和配制。第四章第四章第四章4.2 傳感器v4.2.3 應變測量v電阻應變計測量應變v 采用惠斯登電橋（1/4電橋接法、半橋接法、全橋接法），將電阻變化轉換為電壓或電流的變化，使信號放大，從而進行測量；v 讀數(shù)：零位讀數(shù)法（電阻）、偏位讀數(shù)法（電壓）第四章4.2 傳感器v4.2.3 應變測量v電阻應變計測量應變v 溫度補償技術溫度補償技術：粘貼在試件測點上的應變計所反映的v應變值，除了試

11、件受力的變形外，還包含試件與應變v計受溫度影響而產(chǎn)生的變形和由于試件材料與應變計v的溫度線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的變形等。這種變形不v是荷載效應，一般采用溫度補償方法加以消除。v 消除溫度影響的方法：溫度補償法溫度補償法。第四章4.2 傳感器4.2.3 4.2.3 應變測量應變測量溫度補償應變計法第四章4.2 傳感器v4.2.3 應變測量v其他方法測量應變v 位移法：v 用兩點之間的相對位移近似表示兩點之間的平均應變v = l/ lv 小標距（50mm250mm）：手持應變儀（引申儀）、杠桿引申儀、百分表、位移傳感器；v 大標距：收斂儀、水準儀、經(jīng)緯儀。v 光測法：多用于結構局部應力分析（云紋法、

12、激光衍射法、光彈法）。第四章4.2 傳感器v4.2.4 力傳感器和壓力傳感器v力傳感器和壓力傳感器：v主要有機械式傳感器機械式傳感器和電測式傳感器電測式傳感器兩類；v機械式：拉力測力計、壓力測力計、拉壓力測力計；v電測式（應變式）：壓力傳感器、拉壓傳感器（較為常見，采用應變計量測方法，可自制）。第四章4.2 傳感器v4.2.4 力傳感器和壓力傳感器v機械式傳感器：機械式傳感器：第四章4.2 傳感器v4.2.5 線位移傳感器v簡稱位移傳感器v機械式百分表、電子百分表、千分表、位移計、水準儀、經(jīng)緯儀等。 量程1030mm 量程13mm 量程50、100、200、300mm機械式百分表電子百分表第四

13、章4.2 傳感器v4.2.5 線位移傳感器v 百分表 經(jīng)緯儀 位移計第四章4.2 傳感器v4.2.6 角位移傳感器v 傾角儀 傾角傳感器第四章4.2 傳感器v4.2.7 裂縫測量儀器第四章4.2 傳感器v4.2.7 裂縫測量儀器第四章4.2 傳感器v4.2.8 測振傳感器第四章4.2 傳感器v4.2.8 測振傳感器v基本原理：測量結構振動參數(shù)（位移、速度、加速度等）的儀器v 利用相對運動原理手持式測振儀；v 利用慣性原理慣性式測振傳感器。v壓電式加速度傳感器第四章4.2 傳感器v磁電式速度傳感器v壓電式加速度傳感器第四章4.3 記錄儀v4.3.1 概況v數(shù)據(jù)的記錄方式：模擬式、數(shù)字式。v常用記

14、錄器：光線示波器、磁帶記錄儀、磁盤驅動器、XY記錄儀。第四章4.3 記錄儀4.3.2 XY記錄儀模擬式記錄器：可記錄一個X軸（荷載）二三個Y軸（位移、應變等）多用于靜力靜力測試第四章4.3 記錄儀v4.3.3 光線示波器 模擬式記錄器模擬式記錄器，可同時記錄多條 曲線，主要用于振動測試。第四章4.3 記錄儀v4.3.3 磁帶記錄儀 有模擬式和數(shù)字式兩種，多用于測量振動參數(shù)，特點：工作頻帶寬、同時多通道記錄、錄放速度可調、可將磁信號還原為電信號。第四章4.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)v4.4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成v傳感器部分：包含電測傳感器v數(shù)據(jù)采集部分：掃描傳感器，對數(shù)據(jù)進行采集v計算機部分：控制數(shù)據(jù)采集儀，并進行數(shù)據(jù)處理v按系統(tǒng)組成模式分：v 大型專用系統(tǒng)v 分散式系統(tǒng)v 小型專用系統(tǒng)v 組合系統(tǒng)第四章4.4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成第四章4.4.2 數(shù)據(jù)采集的過程v數(shù)據(jù)流通過程圖第四章