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1、第4章 结构试验测试技术,4.1 概 述,4.1.1 仪器设备的分类,测量仪器一般组成：传感器、放大器、显示器、记录器、分析仪器、数据采集仪等； 单件式和集成式,（1）人工测量、人工记录； （2）仪器测量，人工记录； （3）仪器测量、记录；x-y记录仪、磁带等； （4）自动测量、数据采集系统,测量仪器分类：,机械式 电测仪器 光学测量仪器 复合式仪器 伺服式仪器,测力传感器 位移传感器 应变计 倾角传感器 频率计 测振传感器,4.1.2 试验仪器仪表的主要技术性能指标,（2）量程S指测量上限值与下限值的代数差，即仪表刻度盘上的上限值减去下限值，S=xmax-xmin。通常xmin=0。,（1）
2、刻度值A设置有指示装置的仪表，一般都配有分度表，刻度值是指分度表上每一最小刻度所代表的被测量的数值。刻度值的倒数为该仪表的放大率V，V=1/A。,（3）灵敏度K指某实际物理量的输出增量y与输入增量x的比值，k= y / x 。当仪表的输出特性曲线为一条直线时，各点斜率相等，即K为常数。若为曲线，则仪表的灵敏度将随被测物理量的大小而变化。,仪表的灵敏度(a常数；b变化),（4）分辨率当输入量从某个任意非零值开始缓慢变化时，将会发现只要输入的变化值不超过某一数值，仪表的示值不发生变化。因此，使仪表示值发生变化的最小输入变化值叫。,（5）线性度； （6）滞后（迟滞） （7）精度； （8）稳定性； （
3、9）重复性；,4.1.3 结构试验对仪器设备的使用要求,（1）仪表不影响试件的工作；自重轻，尺寸小； （2）合适的灵敏度和量程； （3）安装方便； （4）安全可靠，耐用； （5）多功能，多用途；,4.2 电阻应变片,金属丝的电阻应变原理 1.受力前的金属丝 2.受力后的金属丝,4.2.1 电阻应变片的工作原理,常数K,K灵敏系数,取对数，,再微分，,4.2.2 电阻应变片的构造,电阻应变片构造 1.引出线 2.敏感栅（电阻线） 3.覆盖层 4.基底层,电阻应变片的主要技术指标如下： （1）电阻值R（）； （2）标距l； （3）灵敏系数K。,几种电阻应变片 1，2，3，7，9.箔式电阻应变片 4
4、.半导体应变片 5.丝绕式电阻应变片 6.短接式电阻应变片 8.焊接电阻应变片,4.2.3 电阻应变片的种类和粘贴方法,表4.1续表,4.3 应变测量,电阻应变仪 （电阻应变片的专用放大器和量测装置）,4.3.1 电阻应变仪测量应变,从前面的讨论知道：电阻应变片的作用是将构件表面的应变转变为电阻的变化。其关系式为：,一般,若取,则,显然 太小了。为了便于测量，需将应变片的电阻变化转换成电压（电流）信号，再将信号放大，然后由指示仪（记录仪）指示出应变值，这一任务是由电阻应变仪来完成的。,电阻应变仪中电桥通常采用直流电桥和交流电桥，本课仅讨论前者。,1.应变仪工作原理,设电桥中四个桥臂电阻为 （其
5、中任一个电阻可以是应变片）。,AC两端为输入接直流电源，用 表示,从ABC半个桥看，流经 的电流,惠斯登电桥,两端压降：,两端压降：,电桥输出电压：,电桥输出电压：,由上式知，当 时，则电桥输出电压 则称电桥处于平衡状态。,设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为 则电桥的输出电压为：,（精确公式）,若将平衡条件 代入上式，并考虑 略去高阶微量，则电桥的输出电压为：,设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为 则电桥的输出电压为：,等臂电桥,四个桥臂电阻值相等，即 由（2）式输出电压为：,（3）,若四个桥臂为应变片，其灵敏度K均相同，代入 则电桥输出电压为 ：,（4）,2. 桥路组成的类别 （1）
6、1/4电桥桥路 （2）半桥桥路 （3）全桥桥路,3. 桥路读数值构成特点,桥路特性：两相邻桥臂电阻所感受的应变代数值相减，两相对桥臂电阻所感受的应变代数值相加。,4. 温度补偿技术 （1）同一桥路具有相同的温度效应，即,在构件上粘贴应变片 工作应变片，接AB桥臂上，补偿块上粘贴应变片 补偿片，接BC桥臂上，电桥的AD和CD桥臂接固定电阻，组成等臂电桥。 因温度改变引起的电阻变化是相等的，利用桥路特性可消除 的影响。,5. 桥路的连接技术,表4.2续1,表4-2续2,4.3.2 其他方法测量应变 1. 位移方法 =l/l 2. 光测法,4.4 传感器,4.4.1 传感器的分类 4.4.2 传感器
7、的组成 1. 机械式传感器 机械式传感器利用机械原理进行工作，主要由以下4部分组成： （1）感受装置；,（2）转换装置。 （3）显示装置。 （4）附属装置。 2. 电测传感器 电测传感器主要由以下4部分组成： （1）感受装置。 （2）转换装置。 （3）传输装置。 （4）附属装置。 3. 其他传感器,几种测力计及传感器,4.5 常用传感设备,4.5.1 测力传感器,几种常用位移传感器构造原理图 1.测杆 2.外壳 3.弹簧 4.电阻应变片 5.电阻丝 6.线圈 7.电缆,4.5.2 线位移传感器,倾角传感器示意图 1.长水准管 2.水准泡 3.读数盘 4.测微轮 5.试件 6.圆水准器 7.电阻
8、应变片 8.质量块,4.5.3 倾角传感器,应变片或导电漆膜观测裂缝示意图,4.5.4 裂缝观测仪,裂缝观测仪,测振传感器力学原理,4.5.5 测振传感器 1. 测振传感器工作原理,振动信号谱分析,（4.12）,（4.13）,（4.14）,（4.15）,（4.16）,（4.17）,幅频特性曲线 相频特性曲线,2. 传感器的频率特性,（4.18）,位移比,加速度传感器的幅频特性曲线,（4.19）,（4.20）,（4.21）,磁电式速度传感器 1.信号输出 2.线圈 3.磁钢 4.阻尼器 5.弹簧片,3. 磁电式速度传感器,摆式传感器 1.弹簧 2.信号输出 3.线圈 4.磁钢 5.外壳,加速度传
9、感器原理 1.外壳 2.硬弹簧 3.质量块 4.压电晶体,4. 压电式加速度传感器 （1）灵敏度。 （2）安装谐振频率。 （3）频率响应。 （4）横向灵敏度比。 （5）幅值范围。,X-Y 记录仪工作原理 1.传感器 2.桥盒 3.应变仪 4.电源 5.绘图笔 6.大车 7.小车 8.记录仪,4.6 试验记录方法 4.6.1 概况 4.6.2 X-Y 记录仪,光线示波器的工作原理 1.张丝 2.线圈 3.磁场 4.镜片 5.光源 6.输入线 7.记录线 8.频闪灯,4.6.3 光线示波器,直接记录式磁带记录仪原理图,4.6.4 磁带记录仪,组合式数据采集系统的组成,4.6.5 数据采集系统 1. 数据采集系统的组成,数据流通过程,2. 数据采集过程,
