測控技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用-張廣遠(yuǎn)

測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用主講：張廣遠(yuǎn)2017.10主要內(nèi)容一、測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟二、測控技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用實(shí)例內(nèi)容基本原則一般步驟抗干擾設(shè)計(jì)一、測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟測試系統(tǒng)典型組成

傳感器、信號(hào)調(diào)理、信號(hào)處理、顯示與記錄測試對(duì)象傳感器信號(hào)調(diào)理顯示/記錄電源數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理信號(hào)處理1、基本原則測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則測量裝置選用滿足關(guān)鍵指標(biāo)合理的帶寬接口標(biāo)準(zhǔn)誤差分配綜合誤差最小或合成不確定度最小選擇直接測量量的測量精度適中的方案，降低難度傳感器選用優(yōu)先考慮功能、然后再是指標(biāo)其它：成本、實(shí)現(xiàn)1、基本原則步驟確定測試任務(wù)選擇測量方法選擇傳感器后續(xù)測量系統(tǒng)的選定相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)與編制測量系統(tǒng)的性能評(píng)定2、一般步驟確定測試任務(wù)

在如下環(huán)境中完成如下任務(wù)任務(wù)參數(shù)監(jiān)測/檢測/監(jiān)控參數(shù)計(jì)算（功率測量、傳遞函數(shù)）場分布，面、陣測量——組/復(fù)合傳感器環(huán)境高壓、高溫、高沖擊工作介質(zhì):水、油、空氣或蒸氣被測表面:材質(zhì)、偏差2、一般步驟選擇測量方法

功能在線測量/離線測量——是否固定實(shí)時(shí)測量/離線分析——是否現(xiàn)場給出結(jié)果實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)發(fā)布/數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)非線性度、精度、量程、分辨率穩(wěn)定性、溫漂、零漂頻響成本簡易：傳感器＋電壓表；傳感器＋A/D板＋計(jì)算機(jī)適中：傳感器＋信號(hào)處理＋信號(hào)測量先進(jìn)：傳感器＋信號(hào)處理＋測量、分析、傳輸2、一般步驟選擇傳感器被測參數(shù)——傳感器類型振動(dòng)、位移、溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、扭矩測試部位對(duì)被測量的影響——加速度傳感器對(duì)傳感器的影響——渦流傳感器選擇傳感器指標(biāo)：靈敏度、線性范圍、精確度、頻響、穩(wěn)定性等工程考慮：傳感器種類越少越好合并：位移＋振動(dòng)類型優(yōu)化：一種傳感器多種測量(渦流傳感器：位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速)輸出標(biāo)準(zhǔn)：減少信號(hào)處理難度電流4~20mA、電壓±5V;數(shù)字通訊（TCP/IP）2、一般步驟切角面3x探頭直徑圓柱面3x探頭直徑傳感器后續(xù)測量系統(tǒng)的選定傳感器與信號(hào)調(diào)理裝置的匹配問題

各個(gè)測量裝置的靜動(dòng)態(tài)特性匹配問題測量系統(tǒng)的精度設(shè)計(jì)指標(biāo)頻響相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)與編制實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化

——成本人機(jī)交互界面測量系統(tǒng)的性能評(píng)定經(jīng)濟(jì)合理性抗干擾能力測試精度分析2、一般步驟干擾源外部干擾——環(huán)境電磁場、振動(dòng)、溫度、濕度等內(nèi)部干擾——電路元器件干擾信號(hào)回路干擾負(fù)載回路干擾電源干擾數(shù)字電路干擾3、抗干擾設(shè)計(jì)干擾傳播路徑靜電感應(yīng)：導(dǎo)體之間通過分布電容耦合到的有效輸入成分電磁感應(yīng)：變化的電流通過互感作用在另一回路中引起的感應(yīng)電動(dòng)勢輻射電磁干擾：周圍強(qiáng)烈的電磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢造成的干擾漏電流干擾：電器元件絕緣不良或功率器件間距不夠產(chǎn)生的漏電現(xiàn)象公共阻抗：阻抗不等的兩個(gè)電路與另一公共阻抗串聯(lián)產(chǎn)生的干擾3、抗干擾設(shè)計(jì)屏蔽技術(shù)

靜電屏蔽：在靜電場作用下，導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)等電位

利用銅、鋁等低阻導(dǎo)電材料，做成接地金屬容器，隔離內(nèi)外部電力線，消除靜電耦合磁屏蔽：導(dǎo)體層以渦流方式消耗高頻干擾磁場的能量

鐵磁材料（硅鋼、坡莫合金）制成容器電磁屏蔽：用導(dǎo)電良好的金屬材料（銅箔,鋁箔/板）做成的接地電磁屏蔽層，同時(shí)起到電磁屏蔽和靜電屏蔽兩種作用

屏蔽導(dǎo)線、屏蔽電纜3、抗干擾設(shè)計(jì)屏蔽技術(shù)

簡單的屏蔽——接地、浮置

在高電壓強(qiáng)磁場的環(huán)境下，測量儀器經(jīng)常采用浮地系統(tǒng)為了防止在外殼上感應(yīng)出高電壓，外殼必須接大地安全可靠制造工藝復(fù)雜飛機(jī)、艦船上的設(shè)備采用浮地機(jī)殼機(jī)殼機(jī)殼絕緣層3、抗干擾設(shè)計(jì)屏蔽技術(shù)電纜屏蔽層單地原則屏蔽線的接地應(yīng)與公共端連接Us放大器12UG正確連接Us放大器12C1C2C3正確連接UG3、抗干擾設(shè)計(jì)隔離技術(shù)