結構檢測的儀器

1、結構檢測的儀器、儀表和設備及基本原理 王柏生儀器儀表的基本組成 基本組成：感受部分、放大部分、顯示或記錄部分 感受部分：起到感知被測物理量的作用 放大部分：將感知的物理量放大并轉換成儀器檢測量 顯示或記錄部分：將儀器檢測量顯示或記錄機械式百分表1測桿；2彈簧；3外殼；4指針；5齒輪；6刻度；7電阻應變計；8電纜；9電阻絲；10線圈差動式位移傳感器原理滑阻式位移傳感器電子百分表（電阻應變式位移傳感器）百分表圖2.5.15 幾種常用的位移計構造圖結構檢測儀器分類 機械式、電測、光測等，還有結合的 測應變、測位移、測裂縫、測力（荷載）、壓力（水、油、氣）、溫度、振動（加速度、速度、位移）、硬度等等

2、無損檢測類、微損檢測類、破損檢測類主要技術（性能）指標 量程（量測范圍）：所能量測的最小至最大的量值范圍。 最小分度值（刻度值、分辨力）：儀器、儀表所能指示或顯示的被測量值最小的變化量。 精確度（精度）：儀器、儀表量測指示值與被測值的符合程度，常用滿量程相對誤差表示。 靈敏度：被測量發(fā)生單位變化引起儀器、儀表指示值的變化值。 靜載試驗對儀器、儀表的基本要求靜載試驗對儀器、儀表的基本要求 結構靜載試驗對儀器、儀表的基本要求是結構靜載試驗對儀器、儀表的基本要求是： 1性能指標必須滿足試驗的具體要求，如：量程和精度要足夠，靈敏度要合適，并不是越高越好。精度要求最大測試誤差不超過5%，而量程建議采用最

3、大被測值的1.252倍； 2重量輕、體積小，要求不影響結構的工作性能和受力情況； 3讀數快、自動化程度高、使用方便； 4對環(huán)境的適應性要強，并且攜帶方便、可靠耐用； 5定期檢定，并有記錄；對生產鑒定性試驗，使用的儀器、儀表必須由法定授權單位進行鑒定，并出具鑒定報告。測試儀器的標(檢)定 所有結構測試儀器都需要檢定、校準或標定； 定期、不定期，使用前、后等等； 按照規(guī)范要求、計量認證要求。 例：回彈儀，新使用前、超6000次、率定不合格時要鑒定，使用前要率定；油壓千斤頂，使用前要標定。應變測量的原理和方法 應變計應變計 結構應變=du/dLu/L，從數學上， L越小越精確，實際上，材料不均勻性要

4、求L足夠大，因此： 對鋼結構，材料均勻性好，可采用小標距應變計； 對混凝土結構，非均質材料，應采用較大標距應變計，一般要求標距大于3倍的最大粗骨料直徑。電阻應變測試原理 電阻應變電阻應變：結構應變應變片電阻變化電橋平衡原理電壓變化，檢測電壓的變化可以得到結構應變。 應變片的粘貼技術應變片的粘貼技術，是應變片能真實反映結構應變的保障。 溫度補償溫度補償：溫度補償片法、工作片自補償法。電阻應變片dRKR(a)、(d)、（e）、(f)、(h)箔式電阻應變計；、(b)絲繞式電阻應變計；(c)短接式電阻應變計；(g)半導體應變計； (i)焊接電阻應變計 LRA dRddLdARLA222dAdDdLAD

5、L 1 2dRdR 12dRdR012dK0dRKR電阻應變計原理電阻應變計原理 應變計的選用應變計的選用 應變計的選用通常應注意以下幾項主要技術指標應變計的選用通常應注意以下幾項主要技術指標： （1）標距l(xiāng) 指敏感柵在縱軸方向的有效長度，根據應變場大小和被測材料的勻質性考慮選擇。 （2）寬度a 敏感柵的寬度。 （3）電阻值R 一般應變儀均按120設計，但60600應變計均可使用。當用非120應變計時，測定值應按儀器的說明加以調整。 （4）靈敏系數K 電阻應變片的靈敏系數，在產品出廠前經過抽樣試驗確定。使用時，必須把應變儀上的靈敏系數調節(jié)至應變片的靈敏系數值，否則應對結果作修正。 （5）溫度使

6、用范圍 它主要取決于膠合劑的性質。可溶性膠合劑的工作溫度約為2060；經化學作用而固化的膠合劑的工作溫度約為60200。電橋平衡312412344BDRRRRUURRRR12344UK12()4BDUUK應變片粘貼技術應變片粘貼技術 具體的粘貼工藝粘貼工藝如下：1）應變片檢查分選，可采先用放大鏡進行外觀檢查，要求應變片無氣泡、霉斑、銹點，柵極平直、整齊、均勻；然后用萬用表檢查，應無短路或短路情況，阻值誤差不應超過0.5%。2）測點處理，先檢查測點表面狀況，要求測點平整、無缺陷、無裂縫等；然后采用砂紙或磨光機進行打磨，要求表面平整、無銹、無浮漿等，光潔度達到5；再用棉花蘸丙酮或酒精清洗，要求棉花

7、干擦時無痕跡；必要時（如混凝土結構）還打底，可采用環(huán)氧樹脂，要求膠層厚度在0.050.1mm，硬化后用0號砂紙磨平；最后用鉛筆等給測點畫十字定位，縱線與應變方向一致。3）粘貼應變片，先用鑷子加住應變片引出線，在背面上一層薄膠，測點上也敷上薄膠，對準位置放上片子；然后在應變片上蓋一小片玻璃紙，用手指沿一個方向滾壓，擠出多余膠水；最后用手指輕壓至膠具有一定強度，松手后應變片不會產生滑動。應變片粘貼技術應變片粘貼技術4）固化處理，不同的粘貼膠需要不同的固化時間，對有些膠，在氣溫較低、濕度較大時需要進行人工加溫，可采用紅外線燈或電熱吹風，但加熱溫度不應超過50C，受熱應均勻。5）粘貼質量檢查，先用放大

8、鏡檢查外觀，應變片應無氣泡、粘貼牢固、方位準確；再用萬用表檢查是否短路或斷路以及電阻值有無變化等，并檢查應變片與試件的絕緣度情況等，也可以接入應變儀檢查零點漂移情況，要求不大于2/15Min。6）導線連接，在應變片引出線底下貼膠布等絕緣材料，使引出線不與試件形成短路；再用膠固定端子或用膠布固定導線，以保證輕微拉動導線時引出線不被拉斷；然后用電烙鐵焊接導線與引出線，要求焊點飽滿、無虛焊。7）最后進行防潮處理，要求應變片全部被防潮劑覆蓋，余5mm左右，并采用適當措施進行必要的防護，防止機械損壞。溫度補償技術 補償片法補償片法工作片工作片補償片補償片14BDUUK（）溫度補償技術 工作片法工作片法1

9、14BDUUK（） （-）12UK千分表應變測試測試應變=千分表讀數差/標距L 分辨力=1 /1000L （L用毫米單位） 振弦式應變傳感器 根據弦的自振頻率變化來反映結構應變振弦式應變傳感器 式中：f金屬弦的振動頻率； k1，2； 金屬絲內部張力； l金屬絲長度； 金屬絲密度。光纖（光柵）應變傳感器 光纖（光柵）應變檢測原理光纖（光柵）傳感器的原理 通過拉伸和壓縮光纖光柵，或者改變溫度，可以改變光纖光柵的周期和有效折射率，從而達到改變光纖光柵的反射波長的目的，而反射波長和應變、溫度、壓力、壓強等物理量成線性關系。位移量測 結構試驗中常用的有：百分表（機械式）、電子百分表、電阻式位移計、差動電

10、感式位移計、水準儀、經緯儀，全站儀、傾角儀、連通水管位移測試裝置、GPS。 大部分需要輔助裝置，如：表架、基準架、基準點等等。 有些適合于大型、大跨度結構，或野外檢測。1測桿；2彈簧；3外殼；4指針；5齒輪；6刻度；7電阻應變計；8電纜；9電阻絲；10線圈差動式位移傳感器原理滑阻式位移傳感器電子百分表（電阻應變式位移傳感器）百分表圖2.5.15 幾種常用的位移計構造圖 長水準管 電阻應變式傾角傳感器1221角位移間接測量角位移間接測量1位移計；2固定支座3機械豎桿；4梁試件力的檢測 力傳感器，可用于檢測試驗荷載、預應力值、抗拔力、粘結力等。 壓力檢測儀表：檢測油壓、水壓、氣壓等壓力表，檢測土壓

11、力傳感器等。 張力檢測儀表：張力儀、索力檢測儀。 扭矩檢測：扭矩檢測儀、扭矩扳手等。 有：機械式、電阻應變式、振弦式等等。油壓表 電阻應變式力傳感器 張力儀 數顯扭矩扳手 裂縫檢測 裂縫寬度檢測：讀數顯微鏡、數字式裂縫寬度檢測儀。裂縫檢測 裂縫出現(xiàn)檢測：應變計、聲發(fā)射儀、導電漆膜等。 裂縫深度檢測：超聲波檢測、鉆芯。通過應變計或導電漆膜監(jiān)測裂縫出現(xiàn)記錄與顯示儀器 數據的記錄方式有兩種：模擬式和數字式。從傳感器（或通過放大器）傳送到記錄器的數據一般都是模擬量，模擬式記錄就是把這個模擬量直接記錄在介質上，數字式記錄則是把這個模擬量轉換成數字量后再記錄在介質上。模擬式記錄的數據一般都是連續(xù)的，數字式

12、記錄的數據一般都是離散的。記錄介質有普通記錄紙、光敏紙、磁帶和磁盤等 。記錄與顯示儀器 X-Y記錄儀記錄儀 X-Y記錄儀傳動原理 X-Y記錄儀使用聯(lián)接示意圖 記錄與顯示儀器 光線示波器光線示波器：也是一種常用的模擬式記錄器，主要用于振動測量的數據記錄，它將電信號轉換為光信號并記錄在感光紙或膠片上，得到的是試驗變量與時間的關系曲線。 磁帶記錄儀：磁帶記錄儀：是一種常用的較理想的記錄器，可以用于振動測量和靜力試驗的數據記錄，它將電信號轉換成磁信號并記錄在磁帶上，得到的是試驗變量與時間的變化關系。 數據采集系統(tǒng) 數據采集系統(tǒng)由三個部分組成：傳感器部分、數據采集部分和計算機（控制和分析器）部分 。 大

13、型專用系統(tǒng) 分散式系統(tǒng) 小型專用系統(tǒng) 組合式系統(tǒng) 結構試驗的原始數據；力、線位移、角位移、應變和溫度等物理量感受各種物理量把物理量轉變?yōu)殡娦盘杺鞲衅鲯呙璨杉D換系數換算放入內存打印輸出，存入磁盤數據采集儀從數據采集儀讀入數據計算處理存入文件實時屏幕圖像顯示打印輸出數據后處理計算機結構試驗測試新技術 聯(lián)網試驗技術聯(lián)網試驗技術 利用計算機網絡實現(xiàn)土木工程試驗或者監(jiān)測資源的共享和遠程數據處理。運用聯(lián)網技術可以實現(xiàn)遠程異地觀測和控制。能夠在試驗、計算、理論、數據庫、和模型模擬等方面實現(xiàn)分工，目前這一領域的研究也比較活躍。美國國家科學基金利用網絡技術建立起美國地震工程模擬系統(tǒng)，我國也已開始這方面的研究工

14、作。 結構試驗測試新技術 自檢測智能材料自檢測智能材料 智能混凝土結構是一種能感知自身狀態(tài)變化并發(fā)出信號進行自我調節(jié)、自我修復的擬生命系統(tǒng)，可以有效地解決混凝土的強度監(jiān)測問題，具有損傷、裂縫實時監(jiān)測功能的同時具有快速自修復的功能，以保證工程結構的安全使用。土木工程領域智能材料的研究主要在以下3個領域： 結構健康監(jiān)測（將智能材料集成在土木工程結構中，利用其構成的網絡對結構的裂縫、變形、損傷、疲勞、溫度、腐蝕等狀態(tài)進行實時監(jiān)測）。 結構的自增強、自適應(裂縫的主動控制、裂縫自愈合、溫度自調節(jié)、變形控制等)。 結構的減振控制。目前應用的智能材料主要有：光纖、形狀記憶合金、壓電材料、碳纖維混凝土等。

15、振動檢測 振動傳感器放大器動態(tài)數據采集儀記錄、分析、顯示（電腦） 振動傳感器：相對式（需要基準）、絕對式（慣性式，普遍采用） 慣性式傳感器的力學原理0sinxXt0mmmm xxcxkx慣性式傳感器的力學原理2202sinmnmnmxxxXt 2nkm2ncm0sinmmxXt20222012nmnnXX221nnarctg幅頻特性曲線當/n1 時001mXX180相頻特性曲線加速度傳感器的幅頻特性 當/n1，D1時 2222212nnnnD2000mnXXtg，0021mnXX 2001mnXX加速度計幅頻特性曲線 磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器的主要技術指標 靈敏度，振動方向感受到單位振動速度時，傳感器的輸出電壓mV(cms-1)。 頻率響應，傳感器機械系統(tǒng)和機電轉換都有頻響問題，定義靈敏度隨所測振動頻率不同而變化的規(guī)律為傳感器的頻率響應。 阻尼比，通常設計為0.50.7 。振動檢測 壓電式加速度傳感器（a）基座壓縮型 （b）單端中心壓縮型（c）環(huán)型剪切型1外殼；2質量塊；3壓電晶體；