土木工程测试技术

《土木工程测试技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程测试技术（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、土木工程测试技术,1-1 土木工程测试技术的基本概念 1-2 土木工程测试技术的重要性 1-3 测试的任务及作用1-4 测试技术的应用1-5 测试系统的组成 1-6 测试技术的发展方向 1-7 本课程的内容及要求,*第一章 概 论,测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号的分析处理方法。 测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数检测等必不可少的手段，它起着类似人的感觉器官的作用。通过测试可以揭示事物的内在联系和发展规律，从而去利用它和改造它，推动科学技术的发展。科学技术的发展历史表明，科学上很多新的发现和突破都是以测试为基础的。同时，其它领域科学技术的发展和进步又

2、为测试提供了新的方法和装备，促进了测试技术的发展。,*1-1 概 论-土木工程测试技术的基本概念,土木工程测试技术是一门综合性很强的技术，它是以土力学、岩体力学、钢筋混凝土力学及土木工程设计理论和方法等学科为理论基础，以仪器仪表、传感器、计算机、测试技术和信号处理等学科为技术支持，同时还融合土木工程施工工艺和积累的工程实践经验。,*1-1 概 论-土木工程测试技术的基本概念,土木工程结构在服役过程中，不可避免地遭到 环境荷载、疲劳、腐蚀、老化等等因素的影响，必然产生损伤累积，从而导致抗力衰减，如不及时采取有力措施，如维修或报废，其存在的隐患是难以估量的。,*1-2 概 论-土木工程测试技术的重

3、要性,随着经济的发展，大量的现役工程结构存在损伤，如何评价其安全状况、评定其剩余使用寿命必须借助测试系统。在新建的工程结构中安设监测系统，将获得的信息验证其结构分析模型、计算假设、设计方法的合理性，对结构进行全寿命健康监测意义重大。,*1-2 概 论-土木工程测试技术的重要性,由于土木工程结构的特殊性，如结构型式多样、服役周期长、影响结构性能的因素复杂多变等，对其进行监测比一般的机械系统要复杂得多。对已建成的结构和设施采取有效的手段监测和评定其安全状况、修复和控制损伤；对新建的结构和设施总结以往的经验和教训，增设长期的健康监测、振动和损伤控制系统，已成为世界范围的热点课题。,*1-2 概 论-

4、土木工程测试技术的重要性,随着人们对土木工程施工中测试重要性认识的深入，以及国家有关法规的实施，土木工程测试已越来越成为继勘察、设计、施工、监理之后的又一个产业。由此可见，土木工程测试技术的应用前景是不言而喻的。,*1-2 概 论-土木工程测试技术的重要性,测试的基本任务是获得有用的信息，测试的过程是借助专门的设备、仪器、测试系统，通过适当的实验方法与必要的信号分析及数据处理，由测得的信号求取与研究对象有相关信息量值的过程，最后将其结果提供显示或输出。因此，测试技术是属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱（测试控制技术、计算技术、通讯技术）之一。,*1-3 概 论-测试的任务及作用,信号是传递信

5、息的时间函数，是信息的实际载运者，只有通过处理分析后获得的信息才有意义。信息是对信号经过分析处理后的有用部分，它表征被测对象运动与状态的某种特征与属性。,*1-3 概 论-测试的任务及作用,测量是以确定被测物属性量值为目的的一组操作。检测是有目的诊断测量。测试是具有试验性质的测量，或者可理解为测量与试验的综合。监测是动态、长期的测量、测试。,*1-3 概 论-测试的任务及作用,当代测试技术的作用主要体现在四个方面：(1)各种参数的测定； (2)自动化过程中参数的反馈、调节和自控； (3)现场实时检测和监控； (4)试验过程中的参数测量和分析。,*1-3 概 论-测试的任务及作用,测试技术的工程

6、应用,在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化、海洋运输和土木等每一个工程领域。,*1-4 概 论-测试技术的应用,*1-4 概 论-测试技术的应用,测试技术的工程应用- 1、工业自动化中的应用,a)机械手、机器人中的传感器 转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。,在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。,密歇根大学的机械手装配模型,广州中鸣数码的机器狗,*1-4 概 论-测试技术的应用,测试技术的工程应用- 1、工业自动化中

7、的应用,b) AGV自动送货车,超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。,香港理工AGV模型,*1-4 概 论-测试技术的应用,测试技术的工程应用- 1、工业自动化中的应用,切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。,密歇根大学数字化工厂,c) 生产加工过程监测,*1-4 概 论-测试技术的应用,测试技术的工程应用- 2、流程工业设备运行状态监控,在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。,扬子石化50MW热电机组监测系统

8、阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统 荆门电厂200MW机组监测系统 青山热电厂生产信息实时查询系统 沙角电厂生产信息实时查询系统 宝钢30KW以上风机监测系统 宝钢精轧F2轧机网络化监测系统 宝钢冷轧带钢振动纹监测系统 武钢风机状态监测系统,*1-4 概 论-测试技术的应用,测试技术的工程应用- 3、产品质量测量,在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。,图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。,汽车扭距测量,机床加工精度测量,*1-4 概 论-测试技术的应

9、用,测试技术的工程应用-4、建筑施工过程测控,*1-4 概 论-测试技术的应用,测试技术的工程应用- 5、楼宇控制与安全防护,为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。,图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。,*1-4 概 论-测试技术的应用,测试技术的工程应用- 6、桥梁的健康监测,*1-4 概 论-测试技术的应用,在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性

10、能和质量。,全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。,指纹传感器,透光率传感器,测试技术的工程应用- 7、家庭与办公自动化,*1-4 概 论-测试技术的应用,鼠标:光电位移传感器,摄象头:CCD传感器,声位笔:超声波传感器,麦克风:电容传声器,声卡:A/D卡 + D/A卡,软驱:速度,位置伺服,测试技术的工程应用- 8、PC机中的测试技术应用,*1-4 概 论-测试技术的应用,航天,农业,交通,医学,测试技术的工程应用- 9、其他应用,水位高度测量 桥梁固频测量 机翼模态分析 索道检测,简单的

11、测试系统可以只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将被温度变化转化液面示值。没有电量转换和分析电路，很简单，但精度低，无法实现测量自动化。,为提高测量精度和自动化程度，以便于和其它环节一起构成自动化装置，通常先将被测物理量转换为电量，再对电信号进行处理和输出。如图所示的声级计。,*1-5 概 论- 测试系统的组成,*1-5 概 论- 测试系统的组成,一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。,传感器将被测物理量(如载荷、变形、位移、温度等) 检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则将测量结果显示

12、出来，提供给观察者或其它自动控制装置。,信息转换,信息提取,1.传感器 土木工程的健康监测就是利用性能稳定、耐久性好的传感元件，埋入或粘贴于结构中，对最能反映土木工程安全状况的参数进行监测，评价结构的安全性、耐久性，为维修、报废、报警决策提供可靠的依据。土木工程结构与设施往往处于较恶劣的环境中，要求传感器必需满足耐久性、稳定性、与结构相容性等，智能传感材料的出现，如光纤、压电材料、形状记忆合金、碳纤维、电阻应变丝、疲劳寿命丝、半导体材料等，为土木工程长期智能监测打下了坚实的基础。智能材料在航空、航天、机械等领域已取得实际应用，针对土木工程的实际情况，已取得以下研究结果：,*1-5 概 论- 测

13、试系统的组成,（1）对土木工程结构进行短期检测，使用这些智 能材料都是可行的。技术成熟、外部设备要求较少 的电阻应变丝是比较理想的材料，但其存在性能不 稳、易受干扰等问题。（2）光纤是用于长期监测的最理想材料，虽然它 所需的外部设备最为复杂且昂贵，但它具有信号稳 定、抗干扰、多参数准分布测量等优点，这也是近 10 年来在土木工程方面受到重视的原因。法布里 -珀罗干涉传感器与布拉格光栅传感器是最具前途 的两种传感器。,*1-5 概 论- 测试系统的组成,（3）疲劳寿命丝是寿命预测、健康评估用最理想的材料，因为它具有记录损伤积累的功能。（4）若将几种材料在制作传感器时相融合会得到更好的效果，如将光

14、纤与碳纤维融合，在小变形时用光纤监测，大变形时用碳纤维。（5）若想在结构的监测过程中，还需对其施加作用力，形状记忆合金与压电材料最理想，因为它们除传感功能外，还具有驱动功能。,*1-5 概 论- 测试系统的组成,2.信号处理土木工程测试的结构参数较多，如载荷、应变、加速度、速度、位移、温度、旋转等，再则，大型结构的多自由度特性要求的测试布点尽可能多，从而就要求采用尽可能多的传感器，而且不同的参数测量采用的原理也大多不一样，尤其智能传感器的出现使得测量的信号差异很大。多传感器的使用会带来以下4个方面的问题：,*1-5 概 论- 测试系统的组成,多传感器的使用会带来以下4 个方面的问题：（1）多传

15、感器形成了不同通道的信号；（2）同一信号形成了不同的特征信息；（3）不同的诊断途径和方法会得出有偏差的诊断结论；（4）来自多传感器的监测信息和诊断决策信息具有强烈的不确定性。如何综合利用来自多传感器的多源不确定性信息以提高确诊率成为土木工程健康监测系统亟需解决的问题。近年来，不断发展起来的多传感器信息融合技术以其强大的时空覆盖能力和对多源不确定性信息的综合处理能力，越来越成为信息处理领域的强有利工具，从而可以有效地解决上述4个方面的问题。,*1-5 概 论- 测试系统的组成,多传感器信息融合理论的基本原理就是充分利用多个传感器资源，通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用，把多个传感器在空间或时间上的冗余或互补信息依据某种准则来进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述，使该传感器系统由此而获得比它的各组成部分的子集所构成的系统更优越的性能。,*1-5 概 论- 测试系统的组成,信号处理的核心内容是提取特征信息，在土木工程测试中的核心内容就是有效地提取结构损伤特征信息。充分利用现代信号处理方法，如高阶谱分析、时-频分析、小波分析、神经网络等方法，对各传感器传输来的信息进行智能处理，通过数据融合理论表征结构特征损伤信息，便于对结构进行安全与损伤评价。,