常用傳感器的類型和工作原理-分布式光纖技術(shù)原理課件

第三章常用傳感器的類型和工作原理1安全監(jiān)測儀器的發(fā)展(1)國外的發(fā)展概況◆德國,1891年的埃施巴赫混凝土重力壩中進行外部變形觀測◆1903年美國新澤西州的布恩頓(Boonton)重力壩,進行溫度觀測◆瑞士,1920年第一次用大地測量法測量大壩變形◆1920年瑞士蒙薩溫斯(Montsalvens)重力壩(高35m),埋設(shè)電阻式遙測儀器◆1925年美國墾務(wù)局對愛達荷州高25m的亞美利加一佛爾茲壩進行揚壓力觀測1926年美國墾務(wù)局,斯蒂爾頓試驗壩(高183m)埋設(shè)電阻式應變計140支,研究拱壩的應力分布傳感器的發(fā)展歷程差動電阻式傳感器◆1932年美國加利福尼亞大學教授卡爾遜◆小巧玲瓏、易于操作、便于野外作業(yè)等優(yōu)點●振弦式傳感器◆1919年謝弗設(shè)計,由德國麥哈克公司生產(chǎn)◆1932年克溫設(shè)計,由法國泰勒馬克生產(chǎn)振弦式應變計◆同一時期原蘇聯(lián)學者達維金科夫制造了一種弦式儀器◆弦式傳感器的精度和靈敏度均優(yōu)于卡式儀器,且結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)自動化巡檢。電阻應變片◆20世紀50年代,日本渡邊以電阻應變片作為敏感元件,研制“貼片式儀器”光纖傳感器◆1977年美國海軍研究所開始執(zhí)行光纖傳感器系統(tǒng)的計劃(2)國內(nèi)的發(fā)展情況◆1958年水利水電科學研究院,研制了差動電阻式卡爾遜式)系列儀器◆1964年南京水利科學研究院、鐵道科學研究院和中國建筑科學研究院,硏制了振弦式傳感器◆1968年南京電力自動化設(shè)備廠,生產(chǎn)差動電阻絲應變計、測縫計、鋼筋計、孔隙壓力計、溫度計等觀測儀表2電阻式傳感器的基本原理電阻式傳感器非電量電阻元件電阻變化電阻式傳感器的類別與特性電位器式傳感器變阻器阻值隨輸出端位置的變化而變化應變式傳感器應變一電阻效應阻值隨材料的形變而改變壓阻式傳感器壓阻效應阻值隨加在材料上的壓力而改變光電阻式傳感器光電效應阻值與外加光的強弱及性質(zhì)有關(guān)熱電阻式傳感器電阻一溫度特性阻值隨材料溫度的變化而變化2.1電阻應變式傳感器(1)電阻應變片的結(jié)構(gòu)1-基底2電阻絲3覆蓋層4引線5-軸線圖中,l稱為應變片的標距,或稱工作基長;b稱為應變的基寬,或稱工作寬度;I×b稱為應變片的使用面積。電阻絲較細,直徑一般在0.015~0.06mm,兩端焊有較粗的低阻鍍錫銅絲值直徑為01~02mm)作為引線,以便與測量電路連接。應變片的規(guī)格一般是以使用面積和電阻來表示的,如PJ-120型金屬電阻應變片的規(guī)格為13mmx5mm,1金屬絲電阻片20(2)電阻應變片的工作原理應變效應2(r-dr)電阻應變片,試件上的應力變化轉(zhuǎn)換成電阻變化應變效應導體或半導體在受到外界力的作用時,產(chǎn)生機械變l+dl形,機械變形導致其阻值變化,金屬絲的應變效應這種因形變而使阻值發(fā)生變化的如果對電阻絲長度作用均現(xiàn)象稱為應變效應。勻應力,則p、L、A的變化、金屬的應變效痖(dp、dL、dA)將引起電阻R對于一長為L、橫截面積為A、變化dR。通過對上式的全微電阻率為p的金屬絲,其電阻值R分可得dR為R=PL/Adr=pdu+lAA2金屬的應變效應若電阻絲是圓形的,則A=mr2定義:K5為金屬絲的靈敏對r微分得dA=2mrdr,則系數(shù),表示單位應變所引起的lA2rdrdr電阻的相對變化,則有dRK/E.=(1+21)+令dL/L=E,一金屬的軸向應變dr/r金屬的徑向應在彈