礦壓測試技術

礦壓測試技術緒論一、測試技術的實質(zhì)和意義二、測試技術的分類三、礦壓測試技術的含義四、有關本課程的教學一、測試技術的實質(zhì)和意義測試－人們借助于一定的手段，通過實際的測量方法，對客觀現(xiàn)象和自然現(xiàn)象取得數(shù)量上和質(zhì)量上的認識過程。任何一事物和現(xiàn)象都可以用一些特征的物理量或物理參數(shù)的數(shù)值大小及其變化規(guī)律的信息來描述，而測試技術就是研究這些信息的獲得、傳輸和變換、顯示記錄和分析處理的原理和方法的。測試技術的實質(zhì)測試技術－就是測量工具和測量方法的統(tǒng)稱。測試技術－是測量技術和實驗技術的總稱。測試分類：現(xiàn)場測試：在現(xiàn)場對實物原型進測試；實驗測試：實驗室內(nèi)對模型測試。

信息Information信息論中的術語，通常把消息中有意義的內(nèi)容稱為信息。無標準定義。信息是事務現(xiàn)象及其屬性標識的集合。信息以物質(zhì)介質(zhì)為載體,傳遞和反映世界各種事物存在方式運動狀態(tài)的表征。1948年，美國數(shù)學家、信息論的創(chuàng)始人仙農(nóng)在題為“通訊的數(shù)學理論”的論文中指出：“信息是用來消除隨機不定性的東西”。

1948年，美國著名數(shù)學家、控制論的創(chuàng)始人維納在《控制論》一中，指出：“信息就是信息，既非物質(zhì)，也非能量?！毙畔⑹谴_定性的增加。物質(zhì)、能量和信息是構(gòu)成世界的三大要素。靜態(tài)信息:信息（參數(shù)）不隨時間而變化。動態(tài)信息：參數(shù)的數(shù)值隨時間而變化。測試的結(jié)果可用數(shù)字、圖表或曲線表示。測試技術的意義科學理論和科研成果要通過測試來驗證；通過測試發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，建立假說；用測試技術對生產(chǎn)過程和結(jié)果進行檢驗和控制。科技工作者和工程技術人員必須學習和掌握一定的測試技術。二、測試技術的分類按測試方法的原理分：1、機械式測試技術（包括液壓式）2、電磁式測試技術3、光學式測試技術4、聲學式測試技術5、其他物理效應測試技術（如微波、激光、同位素）“非電量電測法”測試技術把非電量轉(zhuǎn)換為電量，用電測的方法來測量非電量。對電量（電阻、電位、電壓）的測試技術已成熟。電測法的優(yōu)點：靈敏度高、反應迅速、連續(xù)測量、遙測、自動記錄。三、礦壓測試技術的含義研究對象：測試與礦山壓力顯現(xiàn)的有關物理參量（如:頂板下沉量、支架載荷、煤體應力等）測試的儀器儀表的工作原理；測試的方法；數(shù)據(jù)的分析與整理。四、有關本課程的教學課程特點：涉及(物理、力學、電學、礦壓理論）的知識面廣、實踐性強。教學方法：課堂教學、實驗教學、作業(yè)練習。教學參考書：1《地下工程測試理論與監(jiān)測技術》夏才初、李永盛編著，同濟大學出版社。2、《礦山壓力實測技術》，周楚良編，中國礦業(yè)大學出版社成績評定：出勤10％；作業(yè)10％；實驗10％；考試70％。第一章測試技術的理論基礎

測試技術是測量技術和實驗技術的總稱?，F(xiàn)代測試技術是伴隨科學技術發(fā)展和生產(chǎn)力水平的提高而發(fā)展起來的。測試水平的高低是一個國家科技現(xiàn)代化的標志。當代測試技術的功用：

（1）各種參數(shù)的測定；（2）自動化過程中參數(shù)的反饋、調(diào)節(jié)和自控;(3)現(xiàn)場實時檢測和監(jiān)控；（4）實驗過程中的參數(shù)測量和分析。當代測試技術的發(fā)展方向：高精度、小型化和智能化

§l-l測試系統(tǒng)的組成及其主要性能指標

為了完成某項測試任務，達到實驗目的，必須建立和配置自己的測試系統(tǒng)，所以要了解測試系統(tǒng)。按照信號傳遞方式來分，常用的測試系統(tǒng)可分為：模擬式測試系統(tǒng)和數(shù)字式測試系統(tǒng)。一、測試系統(tǒng)的組成一個測試系統(tǒng)可以由一或若干個功能單元所組成。對被測對象所輸出的特征信息進行采集、變換、傳輸、分析、處理、判斷和顯示記錄，最終獲得測試目的所需的信息。典型的力學測試系統(tǒng)1．荷載系統(tǒng)

荷載系統(tǒng)是使被測對象處于一定的受力狀態(tài)下，使被測對象(試件)有關的力學量之間聯(lián)系充分顯露出來，以便進行有效測量的一種專門系統(tǒng)。

2．測量系統(tǒng)

測量系統(tǒng)由傳感器、中間變換和測量電路組成，它把被測量(如力、位移等)通過傳感器變成電信號，經(jīng)過后接儀器的變換、放大、運算，變成易于處理和記錄的信號。

3．信號處理系統(tǒng)

信號處理系統(tǒng)是將測量系統(tǒng)的輸出信號進一步進行處理以排除干擾。

4．顯示和記錄系統(tǒng)

顯示和記錄系統(tǒng)是測試系統(tǒng)的輸出環(huán)節(jié)，它是將對被測對象所測得的有用信號及其變化過程顯示或記錄(或存儲)下來。數(shù)據(jù)顯示可以用各種表盤、電子示波器和顯示屏來實現(xiàn)；而數(shù)據(jù)記錄則可采用函數(shù)記錄儀、光線示波器等設備來實現(xiàn)。二、測試系統(tǒng)的主要性能指標

1.測試系統(tǒng)的精度和誤差

測試系統(tǒng)的精度是指測試系統(tǒng)給出的指示值和被測量的真值的接近程度。2．穩(wěn)定性

儀器示值的穩(wěn)定性有兩種指標。一是時間上的穩(wěn)定性以穩(wěn)定度表示（反映儀器中隨機性波動、周期性波動、漂移等因素引起的示值變化)；二是儀器外部環(huán)境和工作條件變化(溫度、壓力、震動、電源電壓頻率波動）所引的不穩(wěn)定性，以各種影響系數(shù)表示。3．測量范圍(量程)系統(tǒng)在正常工作時所能測量的最大量值范圍，稱為測量范圍，或稱量程。在動態(tài)測量時，還需同時考慮儀器的工作頻率范圍。4．分辨率

分辨率是指系統(tǒng)可能檢測到的被測量的最小變化值，也叫靈敏閾。若某一位移傳感器

的分辨率是0．5μm，則當被測的位移小于0．5μm時，傳感器將沒有反應。通常要求測定儀器在零點和90％滿量程點的分辨率。一般來說，分辨率的數(shù)值愈小愈好。

5．傳遞特性

傳遞特性是表示測量系統(tǒng)輸入與輸出對應關系的性能。靜態(tài)測量動態(tài)測量描述測試系統(tǒng)靜態(tài)測量時輸入—輸出函數(shù)關系的方程、圖形、參數(shù)稱為測試系統(tǒng)的靜態(tài)傳遞特性。描述測試系統(tǒng)動態(tài)測量時的輸入—輸出函數(shù)關系的方程、圖形、參數(shù)稱為測試系統(tǒng)的動態(tài)傳遞特性。

§1—2線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)

一、測試系統(tǒng)與線性系統(tǒng)

對測試系統(tǒng)的要求是保證系統(tǒng)的輸出能精確地反映輸入。輸出與輸入之間有確定的關系。理想的測試系統(tǒng)應當是一個線性時不變系統(tǒng)。若系統(tǒng)的輸入x(t)和輸出y(t)之間關系可以用常系數(shù)線性微分方程式來表示，則該系統(tǒng)稱為線性時不變系統(tǒng)，簡稱線性系統(tǒng)。其內(nèi)部參數(shù)也不隨時間的變化而變化，信號的輸出與輸入和信號加入的時間無關。在研究線性測試系統(tǒng)時，對系統(tǒng)中的任一環(huán)節(jié)(如傳感器、運算電路等)都可簡化為一個方框圖，并用x(t)表示輸入量，y(t)表示輸出量，h(t)表示系統(tǒng)的傳遞關系，則三者之間的關系可用圖1—3表示。

二、線性系統(tǒng)的主要特性

1.疊加性和比例性若x1(t)→y1(t)：x2(t)→y2(t)及c1x1(t)→c1y1(t)：c2x2(t)→c2y2(t)則c1x1(t)±c2x2(t)→c1y1(t)±c2y2(t)式中，c1，c2為任意常數(shù)。同時作用于系統(tǒng)的兩個任意輸入量所引起的輸出量，等于該兩個任意輸入量單獨作用于該系統(tǒng)時所引起的輸出量之和，其值仍與c1，c2成比例關系。

二、線性系統(tǒng)的主要特性

2.微分特性若x(t)→y(t)，則

即

系統(tǒng)對輸入微分的響應，等同于對原輸入響應的微分。

3.

積分特性

若x(t)→y(t)，則

即如果系統(tǒng)的初始條件為零，則系統(tǒng)對輸入積分的響應等同于對原輸入響應的積分。例如，如測得某物振動速度的響應函數(shù)，便可分別利用積分特性和微分特性作數(shù)學運算，求得該系統(tǒng)的位移和加速度的響應函數(shù)。

4．頻率保持特性

若輸入為正弦信號x(t)=Asin(ωt)則輸出函數(shù)必為y(t)=Bsin(ωt+φ)即線性系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時輸出的頻率恒等于輸入的頻率，但其幅值和相位均有變化。該性質(zhì)說明了一個系統(tǒng)如果處于線性工作范圍之內(nèi)，當其輸入信號是某一頻率的周期函數(shù)時，它的穩(wěn)態(tài)輸出一定也是與輸入信號同頻率的周期函數(shù)，只是幅值和相位有所變化。若系統(tǒng)中的輸出信號存在著其他頻率，可以認為是外界干擾的輸入或系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲等原因造成的，并應設法予以消除。

§1—3測試系統(tǒng)的靜態(tài)傳遞特性及其主要參數(shù)

一、靜態(tài)方程和標定曲線靜態(tài)傳遞特性方程(簡稱靜態(tài)方程)斜率s(也稱標定因子)是常數(shù)表示靜態(tài)(或動態(tài))方程的圖形稱為測試系統(tǒng)的標定曲線(又稱特性曲線，率定曲線，定度曲線)。二、測試系統(tǒng)的主要靜態(tài)特性參數(shù)1．靈敏度對測試系統(tǒng)輸入一個變化量△x，就會相應地輸出另一個變化量△y，則測試系統(tǒng)的靈敏度為線性系統(tǒng)的測量靈敏度為常數(shù)靈敏度S是系統(tǒng)特性曲線的斜率

二、測試系統(tǒng)的主要靜態(tài)特性參數(shù)2．線性度(直線度)標定曲線[圖1—5(b)中曲線2]與理想直線[圖1—5(b)中曲線1]的接近程度稱為測試系統(tǒng)的線性度。若在系統(tǒng)的標稱輸出范圍(全量程)A內(nèi)，標定曲線與參考理想直線的最大偏差為B，則線性度δf可用下式表示：

二、測試系統(tǒng)的主要靜態(tài)特性參數(shù)

3．回程誤差

回程誤差系指在相同測試條件下和全量程范圍A內(nèi)，在輸入由小增大和由大減小的行程中對于同一輸入值所得到的兩個輸出值之間的最大差值hmax與A的比值的百分率，即

回程誤差是由滯后現(xiàn)象和系統(tǒng)的不工作區(qū)(即死區(qū))引起的。前者在磁性材料的磁化過程和材料受力變形的過程中產(chǎn)生。系統(tǒng)的死區(qū)是指輸入變化時輸出無相應變化的范圍，機械摩擦和間隙是產(chǎn)生死區(qū)的主要原因

§1—5測試系統(tǒng)選擇的原則

1．靈敏度靈敏度高，能測微小的物理變化量，同時也會對引入系統(tǒng)的噪聲進行放大，因此要求系統(tǒng)的信噪比越大越好。靈敏度高，測量范圍小，穩(wěn)定性差。2．準確度

表示測試結(jié)果與真值的一致程度。準確度越高，測量結(jié)果中包含的測試系統(tǒng)誤差越?。粶蚀_度越高，價格就越貴。由若干臺準確度不同的儀器組成的測試系統(tǒng)，測試結(jié)果的準確度取決于準確度最低的那臺儀器。配置儀器時力求同等準確度或前面高與后面。精確度與準確度概念不同。3．響應特性

在測定頻率范圍內(nèi)不失真；延遲時間短。4．線性范圍

在線性范圍內(nèi)，輸出與輸入之間保持不變的比例關系，可以保證測量結(jié)果的準確度。在近似線性區(qū)間內(nèi)工作時，要進行修正。5．穩(wěn)定性：表示測試系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，輸入輸出的特性保持不變的能力。影響因素：時間、環(huán)境條件、儀器的元件等。零飄－輸入量為零時，存在輸出量的現(xiàn)象叫零飄。漂移－輸入量不變，而輸出量隨時間改變的現(xiàn)象叫漂移。6．測量方式接觸式與非接觸式，機械量測與電測、在線測量與非在線測量等測量方式不同，對測試系統(tǒng)的要求也不同。7．各特性參數(shù)之間的配合

靈敏度、量程、阻抗匹配§1—5測試系統(tǒng)選擇的原則

本章重點內(nèi)容1