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1、应变量测 位移与变形量测 力的量测 其他,结构试验量测技术,第三章,对输入与输出数据的量测、采集和分析处理。 输入数据：试件所受到的外部作用，如力、位移和温度等。 输出数据：试件的反应，如应变、应力、裂缝、位移、速度、加速度等。 数据的量测与采集方法 人工测量、人工记录 仪器测量、人工记录 仪器测量、仪器记录 自动化采集系统测量、记录、处理,3.1 概述,3.2 量测仪表的基本概念,仪器设备分类 按功能和使用情况：传感器、放大器、显示器、记录仪、分析 仪器、数据采集仪和数据采集系统等。,感受部分,放大部分,分析仪器,显示记录部分,传感器,放大器,显示器、记录仪,计算机、程序,按仪器用途：应变计
2、、位移传感器、测力传感器、倾角传感器、频率计和测振传感器等。 量测仪表主要性能指标 量程：仪表所能量测的最小至最大的量值范围。 最小分度值：仪表的指示所能指出的最小测量值。 精确度：仪表的指示值与被测值的符合程度。 灵敏度：被测量的单位变化引起仪表示值的变化值。 分辨率：测量被测物理量最小变化值的能力。 稳定性：规定时间内保持示值与特性参数不变的能力。 滞后：恒定环境条件下，起始值到最大值来回输出的最大偏差值或该值与最大量程的百分比。,量测仪器基本方法 偏位测定法：按仪表发生的偏转或位移定出被测值。 该方法为土木工程结构试验与检测常用方法，如：百 分表、双杠杆应变仪、动态电阻应变仪均属于该方法
3、。 零位测定法：用已知的标准量去抵消未知量引起的转。 如称重天平。该方法更为精确，若进行放大后更为精 确。,结构试验对仪器设备的使用要求： 符合量测所需的量程和精度要求； 动态试验量测仪表，其线性范围、频响特征以及相移特性等都满 足试验要求； 自重轻、尺寸小，不影响结构工作； 同一试验中选用的仪表和传感器种类应尽量少，以便统一数据的 精度，简化量测数据的整理工作和避免错误； 选用仪表时应考虑试验环境条件。,电测和机测两类 应变量电测法, R,U,构件截面应力值测定方法,电阻应变计粘贴技术 保证测点感受元件（应变计）与试件同步变形,应变,应力,E（或-关系曲线）,应变量测原理,l/l,应变量测方
4、法,应变计,电桥,放大,指示,3.3 应变量测,电阻应变计,1、电阻应变计的原理及构造 （1）工作原理,灵敏系数,（2）构造：,敏感栅：将应变变换成电阻变化量 基底和覆盖层：定位和保护电阻丝、绝缘 粘结剂：固定敏感栅 引出线：电桥接线,2、电阻应变片主要技术指标 （1）标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度L。 （2）规格：以使用面积LB表示。 （3）电阻值：应变片阻值一般在120左右。 （4）灵敏系数：抽样确定。 （5）应变极限：保持线性输出时所能量测的最大应变值。 （6）机械滞后； （7）疲劳寿命； （）零飘； （）蠕变； （）绝缘。,1、电桥基本原理,桥路：不平衡电桥 测量方法：偏位测量法,电
5、阻应变仪的测量电路,偏位测量法缺点： 1）电源电压波动影响量测结果的准确性 2）检测计需要很高的灵敏度和较大的测量范围,桥路：平衡电桥 测量方法：零位测量法,2、平衡电桥原理,双电桥电路：输出灵敏度高，现代应变仪一般采用。,3、温度补偿技术 应变片电阻值随温度变化原因： 1）电阻值随电阻丝温度变化而变化； 2）试件温度变化导致应变片产生温度变化，引起一附加电阻变化。 桥路输出电压：,温度补偿方法: 1）温度补偿应变计补偿法； 2）工作应变计温度互补偿法；,3）温度自补偿法,1、实用电路及其应用 （1）实用电路,实用电路与电阻片粘贴技术,1）全桥电路：测量桥四个臂上全部接入工作应变片。工作片兼作
6、温度补偿片。可提高量测灵敏度。,2）半桥电路：测量桥分别接入两个工作片和两个固定电阻。工作片兼作温度补偿。可提高量测灵敏度。 3）1/4桥电路：测量桥由一个工作片、一个温度补偿片和两个固定电阻。温度补偿片温度补偿。不能提高量测灵敏度。 （2）应用 桥路输出灵敏度取决于应变片的贴片位置和方向，以及接线方式。根据具体情况进行桥路设计，可得桥路输出的不同放大系数。,放大系数 2（1）,放大系数 2,2、电阻应变片粘贴技术 （1）粘贴要求： 1）测点基底平整、清洁、干燥； 2）粘结剂的电绝缘性、化学稳定性及工艺性能良好，蠕变小，粘贴强度高，温湿度影响小； 3）同一组应变计规格型号应相同； 4）应变片的
7、粘贴应牢固，方位准确，不含气泡； 5）粘贴前后阻值不改变； 6）粘贴干燥后，敏感栅对地绝缘电阻一般不低于500M； 7）应变线性好、滞后、零飘、蠕变等要小，保证应变能正确传递。,（2）粘贴方法及步骤 1）应变片检查分选，外观、阻值检查； 2）测点处理：包括测点检查、打磨、清洗、打底、 测线定位； 3）应变片粘贴：上胶、清洗、打底、测线定位； 4）固化处理； 5）粘贴质量检查，外观、阻值和绝缘度检查； 6）导线连接； 7）防潮处理。,应变的其他量测方法与仪表 （1）机测法,（2）光测法,结构位移：指构件的挠度、侧移、转角、支座偏移等。 1、接触式位移计 组成：测杆、齿轮、指针和弹簧等机械零件。
8、性能指标：刻度值、量程和允许误差。,结构线性位移量测,3.4 位移与变形量测,量程为30150mm，读数分辨率可达0.01mm。 位移传感器位移：,2、应变梁式位移传感器,3、滑线电阻式位移传感器 组成：测杆、滑线电阻和触头 原理：运用半桥接线，由相邻两臂电阻增量相减的特性的输出电压。,量程为10100mm以上。,量程可达500mm。,4、差动变压器式位移传感器,5、位移测量的其他方法,1、转角测定,结构转动变形测量,2、曲率测定,a、,b、,3、剪切变形测量,4、扭角测量,结构静载试验所需测定的力，主要是荷载与支座反力，其次有预应力施力过程中钢绳（丝）的张力等。 量测力的仪器分为机械式和电测
9、式两种。 电测仪器具有体积小、反应快、适应性强等优点。 1、荷载和反力测定 荷载传感器形式：拉伸型、压缩型和通用型。 核心部件：厚壁筒 接线方法：全桥 放大系数：,灵敏度：,设计荷载,设计应力,弹性模量,3.4 力的测量,2、拉力和压力测定 测力计基本原理：钢制弹簧、环箍或簧片受力后产生弹性变形，变形通过机械放大后，用指针度盘或位移计来反应力的数值。,3、结构内部应力测量,内埋式应力栓 内埋式差动电阻应变计 振动丝应变计,裂缝检测 裂缝检测方法： 1）放大镜或肉眼观测 2）读数显微镜 3）裂缝标准宽度板 4）裂缝塞尺 5）裂纹扩展片 6）脆漆涂层,3.5 裂缝、应变场应变及温度测定,7）声发射
10、技术 8）光弹贴片,应变场应变测量,1、牛顿插值公式,2、应变场内任意点的应变,1）计算A、B、C三点应变； 2）基于A、B、C三点应变，再次利用牛顿插值公式，计算任意点 x 的应变。,2、应变场的应变分布,内部温度测量,3.6 动载试验量测设备,振动参量量测方法有机械式振动测量法、光学测量法和电测法等。 电测法将振动参量（位移、速度、加速度）转换成电量，而后用电子仪器放大、显示或记录。其灵敏度高，且便于遥控、遥测，是目前最常用的方法。 振动测量系统由拾振器、测振放大器和记录仪等部分组成。 拾振器按量测参数分为位移式、速度式和加速度式；按构造原理可分为磁电式、压电式、电感式和应变式。,3.6.
11、1 惯性式拾振器的力学原理,设被测振动物体规律,质量块m的振动微分方程为,上式通解为,其中：,其中：阻尼比,1）当 ， 时,满足此条件的测振仪称位移计。位移计体积较大较重，使用时对被测系统有一定影响，特别对于一些质量较小的振动体不太适用。,2）当 ， 时,满足此条件的测振仪称加速度计。,3.6.2 测振传感器,拾振器除应正确反映振动体的振动外，尚应不失真地将位移、速度及加速度等振动参量转换为电量，以便用量电器进行测量。,磁电式速度传感器的特点是灵敏度高、性能稳定、输出阻抗低、频率响应范围有一定宽度，通过对质量弹簧系统参数的不同设计，可以使传感器既能量测非常微弱的振动，也能量测较强的振动，是工程
12、振动测量中最常用的拾振仪器。,感应电动势可表达为：,1、磁电式速度传感器,此类传感器惯性质量块的位移反映所测振动的位移，而传感器输出的电压与振动速度成正比，又称惯性式速度传感器。,磁电式传感器的主要技术指标有： （1）固有频率：传感器质量弹簧系统本身的固有频率，是传感器的一个重要参数。 （2）灵敏度：传感器的拾振方向感受到一个单位振动速度时，传感器的输出电压。 （3）频率响应：灵敏度随所测频率不同有所变化，这个变化的规律就是传感器的频率响应。对于阻尼值固定的传感器，频率响应曲线只有一条。如传感器阻尼可选择和调整，则阻尼不同，传感器频率响应曲线也不同。 （4）阻尼系数：磁电式测振传感器质量弹簧系
13、统的阻尼比，通常磁电式测振传感器的阻尼比设计为0.50.7。,2、压电式加速度传感器 压电式拾振器利用压电晶体材料具有的压电效应制成。当压电晶片电轴方向受到外力而产生压缩或拉伸变形时，内部会产生极化现象，同时在其相应的两个表面上出现异号电荷，形成电场。当外力去掉后，又重新回到不带电状态。这种将机械能转换为电能的现象，称为“正压电效应”。压电晶体受外力产生的荷载为：,压电材料中，石英晶体具有较高的稳定性、高机械强度和很宽的工作温度，但灵敏度较低；压电陶瓷可得到较高的灵敏度和很宽的工作温度，易制成所需形状。,压电式加速传感器具有动态范围大、频率范围宽、重量轻、体积小等特点。其主要技术指标有：灵敏度、安装谐振频率、频率响应、横向灵敏度比和幅值范围等。,5.3.3 记录设备,光线示波器,XY函数记录仪,磁带记录仪,瞬态记录仪,
