建筑結(jié)構(gòu)試驗課件第四章_結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器

1、第四章第四章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器v主要內(nèi)容v 4.1 概述v 4.2 傳感器v 4.3 記錄器v 4.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第四章第四章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器v教學(xué)內(nèi)容 v1概述：包括測試方法的分類，主要技術(shù)指標(biāo)，測試系統(tǒng)的標(biāo)定的原則。 v2應(yīng)變測量： v電阻應(yīng)變測量方法：包括應(yīng)變片的測量原理，應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)，應(yīng)變片的篩選和粘貼，應(yīng)變儀的測量原理，測量橋路，溫度補償原理，測量中的注意事項。 v手持式應(yīng)變儀振弦式應(yīng)變計：包括振弦式應(yīng)變計的測試原理，振弦式應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)。 v光纖應(yīng)變測量。 v3位移測量：包括百分表和電子百分表，差動變壓器式位移計，角位移傳感器，光學(xué)方法。 v4荷載傳感器。

2、 v5裂縫的測量。 v6振動參數(shù)的測量儀器。 第四章第四章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器v重點：測試方法的分類，主要技術(shù)指標(biāo)，測試系統(tǒng)的標(biāo)定的原則，電阻應(yīng)變測量方法，振弦式應(yīng)變計，電子百分表，差動變壓器式位移計，荷載傳感器，裂縫的測量。 v難點：各種測試方法的電學(xué)原理。v實驗課內(nèi)容 v電阻應(yīng)變測量實驗：包括1）應(yīng)變片的選擇和粘貼；2）應(yīng)變儀的使用；3）半全橋路測量等強度梁的應(yīng)變。 第四章第四章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器v教學(xué)要求 v1熟練掌握測試方法的分類，主要技術(shù)指標(biāo)的概念，測試系統(tǒng)的標(biāo)定原則。 v2熟練掌握電阻應(yīng)變測量方法，振弦式應(yīng)變計的原理和使用方法。 v3熟練掌握差動變壓器式位移計

3、的原理和使用方法，熟練掌握電子百分表的使用方法。 v4熟練掌握荷重傳感器和裂縫的測量的基本原理和使用方法。 v5掌握手持式應(yīng)變儀的使用方法，光纖應(yīng)變測量，角位移傳感器，光學(xué)方法，振動參數(shù)的測量儀器; v6實驗課的內(nèi)容必須完成。第四章4.1 概述v數(shù)據(jù)采集：用多種儀器和裝置測量結(jié)構(gòu)試驗中的輸入（作用）和輸出（效應(yīng)、響應(yīng)）數(shù)據(jù)。v結(jié)構(gòu)試驗數(shù)據(jù)采集的發(fā)展過程： 人工測量、人工記錄：直尺、秤等 儀器測量、人工記錄：YJ-5應(yīng)變儀等 儀器測量、儀器記錄：傳感器+ X-Y記錄儀等 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：輸力強數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。第四章4.1 概述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)感受部分放大部分分析儀器顯示記錄部分傳感器放大器顯示器、記錄

4、儀計算機(jī)、程序第四章4.1 概述v結(jié)構(gòu)靜力試驗：主要測量局部纖維應(yīng)變和整體變形，多使用復(fù)合式儀表。v結(jié)構(gòu)動力試驗：量測結(jié)構(gòu)動力特征和動態(tài)反應(yīng)，使用動態(tài)模擬儀器。v數(shù)據(jù)采集的儀器設(shè)備（按功能與使用情況分）：傳感器、放大器、顯示器、記錄器、分析儀器等。第四章4.1 概述v測量儀器設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)：測量儀器設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)：v 刻度值（最小分度值）：指示或顯示裝置所能指示的最小量測值。v 量 程：儀器可以測量的最大范圍。v 靈敏度：儀器對被測物理量變化的反應(yīng)能力。v 分辨率：測量被測物理量最小變化值的能力。v 線性度：儀器校準(zhǔn)曲線對理想擬合直線的接近程度。v 穩(wěn)定性：規(guī)定時間內(nèi)保持示值與

5、特性參數(shù)不變的能力。v 重復(fù)性：重復(fù)測試同一數(shù)值時保持示值一致的能力。v 頻率響應(yīng)：動測儀器輸出信號隨輸入信號變化的特性。第四章4.1 概述v結(jié)構(gòu)試驗對儀器設(shè)備的使用要求：結(jié)構(gòu)試驗對儀器設(shè)備的使用要求：v 自重輕、尺寸小，不影響結(jié)構(gòu)工作與受力；v 合適的靈敏度和量程；v 安裝使用方便，穩(wěn)定性和重復(fù)性好；v 價廉耐用，可重復(fù)使用，安全可靠，維修容易；v 多功能，多用途，適應(yīng)多方面需要。v數(shù)據(jù)采集應(yīng)遵循同時性和客觀性原則數(shù)據(jù)采集應(yīng)遵循同時性和客觀性原則。v為確定儀器設(shè)備的靈敏度和精確度、確定試驗數(shù)據(jù)為確定儀器設(shè)備的靈敏度和精確度、確定試驗數(shù)據(jù)的誤差，應(yīng)在試驗前后對儀器設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定的誤差，應(yīng)在試驗前

6、后對儀器設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。第四章4.2 傳感器v4.2.1 基本原理v機(jī)械式傳感器機(jī)械式傳感器：利用機(jī)械原理進(jìn)行工作，包括感受機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換機(jī)械、顯示裝置和附屬裝置四部分。v電測傳感器電測傳感器：利用某種特殊材料的電學(xué)性能、或某種裝置的電學(xué)原理，把所需測量的非電物理量變化轉(zhuǎn)換成電量變化，主要包括感受部分、轉(zhuǎn)換部分、傳輸部分和附屬裝置四部分。v其他傳感器其他傳感器：包括紅外線傳感器、激光傳感器、光纖傳感器和超聲波傳感器等。第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應(yīng)變計v工作原理工作原理：利用某種金屬絲導(dǎo)體的“應(yīng)變電阻效應(yīng)”。v構(gòu)造組成構(gòu)造組成：v 引出線v 覆蓋層v 電阻柵v 基底材料第四章4.2 傳感器

7、v4.2.2 電阻應(yīng)變計第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應(yīng)變計v電阻應(yīng)變計的特點電阻應(yīng)變計的特點：靈敏度高，應(yīng)變片尺寸?。☉?yīng)力集中區(qū)密集貼片），質(zhì)量輕，粘貼牢固，適用于高、低溫環(huán)境（-50100）。v主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo): :v 電阻值R：120。v 標(biāo)距l(xiāng)：即電阻柵的有效長度。鋼筋片21、32等，砼片804、1005等（大于4倍最大粗骨料粒徑，還與應(yīng)變梯度有關(guān)）。v 靈敏度系數(shù)K：即單位應(yīng)變引起應(yīng)變計的電阻變化。應(yīng)與應(yīng)變儀的靈敏度系數(shù)設(shè)置相協(xié)調(diào)。第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應(yīng)變計v電阻應(yīng)變儀的分類電阻應(yīng)變儀的分類: :v 按電阻柵的種類分：絲繞式、短接式、箔式、半導(dǎo)體式、

8、焊接式；v 按電阻柵的形狀分：單向應(yīng)變片、應(yīng)變花（雙向、三向）；v 按基底材料分：紙基、膠基；v 按使用極限溫度分：低溫、常溫、高溫。第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應(yīng)變計v電阻應(yīng)變計的粘貼方法：v檢查與分選應(yīng)變計檢查與分選應(yīng)變計:用放大鏡對應(yīng)變計進(jìn)行外觀檢查，若敏感柵有霉斑、銹點、斷絲、變形及片內(nèi)有氣泡者剔除；用萬能表及電橋測阻值并選配。 v試件表面處理試件表面處理:用細(xì)紗紙交叉打磨試件，使表面粗糙度Ra為1.6以下，用4H的鉛筆畫線，用無水酒精或四氯化碳、丙酮擦至無垢為止。第四章4.2 傳感器v4.2.2 電阻應(yīng)變計v電阻應(yīng)變計的粘貼方法：v粘片粘片:粘貼方法視粘結(jié)劑和應(yīng)變計的基底不

9、同而定。粘片時先擦洗應(yīng)變計基底，晾干后分別在試件及應(yīng)變計粘貼面涂一層薄而均勻的膠水，并立即將應(yīng)變計對準(zhǔn)放好，然后其上墊一層玻璃紙，用手指單向滾壓數(shù)次，擠出多余的膠水和氣泡，干燥固化后去掉紙墊。 v檢查檢查:用放大鏡檢查應(yīng)變計是否貼正、粘牢、斷絲，有無氣泡和褶皺扭翹，然后用兆歐表檢查絲柵與試件之間的絕緣電阻(一般應(yīng)在200M以上)。亦可把應(yīng)變片接在應(yīng)變儀上，用橡皮輕壓絲柵，若應(yīng)變儀輸出有變，說明片下有氣泡或剝離，應(yīng)予重貼。第四章4.2 傳感器v電阻應(yīng)變計的粘貼方法：v連線組橋連線組橋:應(yīng)變計引出線應(yīng)加套管并彎曲后焊在接線端子上，組橋?qū)Ь€從接線端子引出，要求焊點光滑，不得有毛刺、虛焊現(xiàn)象。可涂環(huán)氧

10、樹脂、瀝青或點焊箔條，以防止導(dǎo)線移動。 v防護(hù)防護(hù):為防止因物理或化學(xué)原因引起應(yīng)變計的失效，粘貼好的應(yīng)變計必須采取防護(hù)措施。常用的防護(hù)劑有合成橡膠、環(huán)氧樹脂以及凡士林、松香、石蠟等，可根據(jù)試驗的環(huán)境和測試要求選取和配制。第四章第四章第四章4.2 傳感器v4.2.3 應(yīng)變測量v電阻應(yīng)變計測量應(yīng)變v 采用惠斯登電橋（1/4電橋接法、半橋接法、全橋接法），將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，使信號放大，從而進(jìn)行測量；v 讀數(shù)：零位讀數(shù)法（電阻）、偏位讀數(shù)法（電壓）第四章4.2 傳感器v4.2.3 應(yīng)變測量v電阻應(yīng)變計測量應(yīng)變v 溫度補償技術(shù)溫度補償技術(shù)：粘貼在試件測點上的應(yīng)變計所反映的v應(yīng)變值，除了試

11、件受力的變形外，還包含試件與應(yīng)變v計受溫度影響而產(chǎn)生的變形和由于試件材料與應(yīng)變計v的溫度線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的變形等。這種變形不v是荷載效應(yīng)，一般采用溫度補償方法加以消除。v 消除溫度影響的方法：溫度補償法溫度補償法。第四章4.2 傳感器4.2.3 4.2.3 應(yīng)變測量應(yīng)變測量溫度補償應(yīng)變計法第四章4.2 傳感器v4.2.3 應(yīng)變測量v其他方法測量應(yīng)變v 位移法：v 用兩點之間的相對位移近似表示兩點之間的平均應(yīng)變v = l/ lv 小標(biāo)距（50mm250mm）：手持應(yīng)變儀（引申儀）、杠桿引申儀、百分表、位移傳感器；v 大標(biāo)距：收斂儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀。v 光測法：多用于結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力分析（云紋法、

12、激光衍射法、光彈法）。第四章4.2 傳感器v4.2.4 力傳感器和壓力傳感器v力傳感器和壓力傳感器：v主要有機(jī)械式傳感器機(jī)械式傳感器和電測式傳感器電測式傳感器兩類；v機(jī)械式：拉力測力計、壓力測力計、拉壓力測力計；v電測式（應(yīng)變式）：壓力傳感器、拉壓傳感器（較為常見，采用應(yīng)變計量測方法，可自制）。第四章4.2 傳感器v4.2.4 力傳感器和壓力傳感器v機(jī)械式傳感器：機(jī)械式傳感器：第四章4.2 傳感器v4.2.5 線位移傳感器v簡稱位移傳感器v機(jī)械式百分表、電子百分表、千分表、位移計、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等。 量程1030mm 量程13mm 量程50、100、200、300mm機(jī)械式百分表電子百分表第四

13、章4.2 傳感器v4.2.5 線位移傳感器v 百分表 經(jīng)緯儀 位移計第四章4.2 傳感器v4.2.6 角位移傳感器v 傾角儀 傾角傳感器第四章4.2 傳感器v4.2.7 裂縫測量儀器第四章4.2 傳感器v4.2.7 裂縫測量儀器第四章4.2 傳感器v4.2.8 測振傳感器第四章4.2 傳感器v4.2.8 測振傳感器v基本原理：測量結(jié)構(gòu)振動參數(shù)（位移、速度、加速度等）的儀器v 利用相對運動原理手持式測振儀；v 利用慣性原理慣性式測振傳感器。v壓電式加速度傳感器第四章4.2 傳感器v磁電式速度傳感器v壓電式加速度傳感器第四章4.3 記錄儀v4.3.1 概況v數(shù)據(jù)的記錄方式：模擬式、數(shù)字式。v常用記

14、錄器：光線示波器、磁帶記錄儀、磁盤驅(qū)動器、XY記錄儀。第四章4.3 記錄儀4.3.2 XY記錄儀模擬式記錄器：可記錄一個X軸（荷載）二三個Y軸（位移、應(yīng)變等）多用于靜力靜力測試第四章4.3 記錄儀v4.3.3 光線示波器 模擬式記錄器模擬式記錄器，可同時記錄多條 曲線，主要用于振動測試。第四章4.3 記錄儀v4.3.3 磁帶記錄儀 有模擬式和數(shù)字式兩種，多用于測量振動參數(shù)，特點：工作頻帶寬、同時多通道記錄、錄放速度可調(diào)、可將磁信號還原為電信號。第四章4.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)v4.4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成v傳感器部分：包含電測傳感器v數(shù)據(jù)采集部分：掃描傳感器，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集v計算機(jī)部分：控制數(shù)據(jù)采集儀，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理v按系統(tǒng)組成模式分：v 大型專用系統(tǒng)v 分散式系統(tǒng)v 小型專用系統(tǒng)v 組合系統(tǒng)第四章4.4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成第四章4.4.2 數(shù)據(jù)采集的過程v數(shù)據(jù)流通過程圖第四章