地质11测试技术及应用总复习题.pdf

地质10测试技术总复习题 一、问答题 *0、什么叫测试技术？什么叫岩土工程测试技术？ 答：测试技术是一门利用仪器、设备对任何量进行某种意义测量的 系统的技术科学；岩土工程测试技术是借助专用的仪器设备，获得岩土 工程中客观存在的、与安全生产有关的各种物理量和何种因素，为岩土 工程的施工提供可靠的数据。 1、测试技术的主要任务是什么？（第2页） *2、电测系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：电测系统由信息的输入及转换（传感器）、信息的调节（放大 或衰减器）和输出装置（显示或记录装置）三部分组成。 信息的输入及转换部分的作用是将非电量转换成电量；信息的调节 部分的作用是将传感器输出的电量进行放大或衰减、调制、解调、检 波、A/D转换等；输出装置的作用是将测量的信息进行显示、记录或进 行计算机分析处理。 3、测试技术常用的方法有哪几种？各自的特点是什么？ 答：有机械法、声测法、光测法和非电量的电测法。 机械法的特点是结构简单，工作稳定，价格便宜，方法容易掌握， 但精度低，不能远距离操作；声测法的特点是无损检测，试样可重复使 用，对测量范围的岩石进行定性分析，结构判断，缺点是设备较复杂， 对物理力学性质等难以定量分析；光测法的特点是结果直观，工作稳 定，抗干扰能力强，价格便宜，但精度低，遥测困难；电测法的特点是 精度高，速度快，劳动强度低，可实现遥测和自动化，缺点是设备复 杂，维修成本高，易受干扰等。 4、什么叫传感器？其作用是什么？ 答：是传递和感受信息的器件，是一种能将被测信息转换为便于传 递、变换、处理和保存的信号，且不受观察者影响的测量装置；传感器 的作用是将非电量转换成电量。 5、传感器标定的意义是什么？ 答：是取得准确测量数据和减少误差的依据。刚制成的传感器 由于材料的性能和几何尺寸的差异，不可能与设计指标完全相同。要知 道其真实指标必须进行标定。传感器在使用过程中，由于环境的变 化，老化，无意损失等因素，使传感器原来的性能发生变化，要想知道 传感器在测量时的实际性能，必须进行标定。 6、岩土工程测试技术中常用的传感器有哪些？各自的转换元件和 输出量是什么？ 答：电阻应变式传感器；电感式传感器；电容式传感器；压电式传 感器；磁电式传感器；钢弦式传感器。 各自的转换元件和输出量是：电阻应变式传感器的转换元件是应变 片，输出量是电压或电流的变化；电感式传感器的转换元件是电感线圈 和铁心，输出量是电感的变化量；电容式传感器的转换元件是电容器， 输出量是电容的变化；压电式传感器的转换元件是压电晶体，输出量是 电荷的变化；磁电式传感器的转换元件是线圈、永久磁铁和铁心；输出 量是电动势的变化；钢弦式传感器的转换元件是钢弦、线圈和铁心，输 出量是频率的变化的电信号。 7、记录装置的作用是什么？指出静态和动态的记录装置各三种。 答：是将被测信息以人们便于观察的形式显示、保存或记录；静态 记录装置有：各种指针式显示器、数字表、函数记录仪等，动态记录仪 有：光线示波器、磁带机和瞬态记录仪等。 *11、简述应变测试技术的基本原理。 答：应变测试技术的基本原理是，用电阻应变片贴在被测体表面作 为传感元件，将测点的应变转换成电阻的变化，再通过电桥电路，将电 阻的变化转换成电压或电流的变化，最后将变化的电信号放大，以应变 的标度显示出来。 *12、电阻应变片有哪几类？其特点是什么？请指出各自的用途。 答：有金属丝栅式、金属箔式和半导体应变片三种。 金属丝栅式价廉，精度低，横向效应大；金属箔式精度高，横向效 应小，承受电流大，但价格较贵；半导体应变片灵敏系数高，温度效应 大，价格也较贵。 丝栅式应变片的精度低一般用于演示实验和不太重要的测量，金属 箔式应变片精度高一般用于制造传感器或重要测量用；半导体应变片灵 敏系数特别大，一般用于简化仪器的测量或冲击应变测量。 13、静态电阻应变仪有哪几部分组成？电阻平衡箱的作用是什么？ 答：静态电阻应变仪由测量电桥、读数电桥、震荡器、交流放大 器、相敏检波器、滤波器、指示电表、稳压电源等部分组成。 电阻平衡箱的作用是扩展成多路应变测量，并具备每路初始应变调 零功能。 14、电阻应变仪有哪几类？静态电阻应变仪有哪几部分组成？ 答：电阻应变仪有静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻 应变仪和超动态电阻应变仪。 静态电阻应变仪由测量电桥、读数电桥、震荡器、交流放大 器、相敏检波器、滤波器、指示电表、稳压电源等部分组成。 15、动态应变测试系统有哪几部分组成？其二次仪表由哪几部分组 成？ 答：动应变测试系统由应变片、动态电阻应变仪和记录装置组成； 二次仪表由动应变仪和记录装置组成。 19、钢弦频率测定仪有哪几种？钢弦压力盒有哪几类？ 答：有示波式钢弦频率仪，数字周期式钢弦频率仪，数字频率式钢 弦频率仪和数字频率示波混合式钢弦频率仪。钢线压力盒按原理有单线 圈、双线圈和钨弦压力盒；按结构有立式和卧式压力盒；按用途有测应 力（压力），重量，阻力和测扭矩的压力盒。 *20、什么是横波？什么是纵波？各自的特征是什么？ 答：横波是剪切变性引起的质点振动所形成的波，其特征是质点振 动的方向与传播方向垂直且只能在固体中传播；纵波是声波在介质中传 播，表现为压缩和膨胀的交替出现，所以又叫压缩波、膨胀波和疏密 波，其特点是质点振动的方向与传播方向一致，且可以在任何介质中传 播。 *21、岩石声波测试有哪几种方法？各自的测量条件是什么？ 答：有透射波法、反射波法、折射波法。透射波法的测量条件是被 测岩石能使收发探头在同一直线上，且距离已知；反射波法的测量条件 是必须遇到结构面、层面等不同声阻抗的介质；折射波法的测量条件是 第二种介质的声速大于第一种介质的声速，且折射角等于90度。 二、判断题（共10题，每题2分，共20分） 1.记录装置本身可测量非电量。（ ） 2.在特殊情况下，测试系统可由两部分组成。（ ） 3.非电量电测系统中的传感器可测电量。（ ） 4.应变片可称作传感器，应变仪可称作放大器。（ ） 5.应变片称为传感元件，应变仪可称为二次仪表。（ ） 6.在一般情况下，应变测试系统可由三部分组成。（ ） 7.应变片不能测量动态信号，光线示波器不能测量直流信号。（ ） 10.测试系统总灵敏度等于各环节灵敏度之积。（ ） 11.二次仪表的灵敏度等于一次仪表灵敏度和记录装置灵敏度之 积。（ ） 12.在动态测量中，人工记录可代替记录仪记录。（ ） 13.在静态测量中，人工记录可代替记录仪记录。（ ） 14.在动应变测量中，输出电流较大的原因可能是由于应变片的灵 敏系数较大或衰减倍数较小。（ ） 15.在静应变测量中，普通电阻应变片的灵敏系数必须为2。（ ） 19横波的传播方向和纵波的传播方向垂直。（ ） 20.超声波探头有横波（剪切波）和纵波（压缩波）之分，因此可 用横波探头测量水中的横波。（ ） 三、填空题（每空0.5共20分） 1、 岩土工程测试技术可以有效地维护（ 安全生产）；可以大大 提高（生产效益），减少（ 材料消耗） 。 2、电测系统一般由（传感器）、（放大或衰减器）、（显示器或 记录仪）三部分组成。特殊情况下也可由（传感器）和（显示器或记录 仪）两部分组成。 3、测试技术的发展方向是 （快速多点测量） ， （计算机分析处 理数据） ； （ 仪器设备的小型化） 、 （多功能） 、（ 高性能 ）、（ 微 功耗 ）；注意发展（ 敏感元件） 使传感器的 （性能） 不断提高。 4、参数式传感器是指（电阻）式、（电容）式、（电感）式，电 能式传感器是指（磁电）式、（压电）式、（光电）式、（热电）式。 5、测力传感器的标定内容包括：（ 静态标定 ）和（动态标 定）；测震传感器的标定内容包括（ 灵敏度）、（幅频特性）、（相 频特性）、（谐振频率）、（ 阻尼系数）和（电阻抗）。 6、模拟记录仪包括（光线示波器）、（函数记录仪）、（模拟磁 带机）和（记忆示波器）。 7、数字记录仪包括(数字打印机 )、(数字磁带机)、(穿孔机)和 (瞬态记录仪)等四类。 8、显示器包括（指针式仪表）、（数字表）、（屏幕显示器）和 （电子示波器）。 9、单线圈钢弦压力盒一般由（承压膜）、（钢弦）、（钢弦支 柱）、（电磁铁）等四部分组成。 15、电桥可按（供桥电源）、电桥（工作方式）、（输出信号）、 （桥臂电阻）和（桥臂工作方式）等五种情况分类。 16、电桥按其供电电源，可分为 （交流电桥） 和 （直流电桥） ；按桥臂工作情况，可分为 （单臂桥） 、 （双臂桥） 和 （四臂 桥） 。 17、电阻应变仪分为（静态电阻应变仪）、（静动态电阻应变 仪）、（动态电阻应变仪）和（超动态电阻应变仪）四类，有输出接口 的是（动态电阻应变仪），测量频率最高的是（超动态应变仪），测量 频率最低的是（静态电阻应变仪）。 18、电阻应变片可分为（丝栅式应变片）、（箔式应变片）和（半 导体应变片）三类，精度高的是（箔式应变片），价廉的是（丝栅式应 变片），由（基底材料）、（电阻丝）、（覆盖层）和（引线）四部分 组成。 21、钢弦压力盒由（承压膜）、（钢弦支柱）、（钢弦）、（电磁 铁）、（外壳）和（引线）等六部分组成。（注：电磁铁可写成铁心、 线圈，外壳和引线可写成附件） 22、钢弦压力盒按用途可分为（应力（或压力）、（重量）、 （阻力）和（扭矩）等四类。 23、钢弦压力盒的转换元件是（钢弦）和（电磁铁），弹性元件是 （承压膜）。 四、计算题 1、在使用灵敏度为80nC/MPa的压电式力传感器进行压力测量时， 首先将它与增益为5mV/nC的电荷放大器相连，电荷放大器接到灵敏度为 25mm/V的笔试记录仪上，试求该压力测试系统的灵敏度。当记录仪的输 出变化到30mm时，压力变化为多少？ 2、把灵敏度为40410-4Pc/Pa的压电式力传感器与一台灵敏度调 到0.226Mv/pC的电荷放大器相接，求其总灵敏度。若要将总灵敏度调到 10106mV/Pa,电荷放大器的灵敏度应作如何调整？ 3、以阻值R=120、灵敏系数K=2的丝式应变片与阻值为120的固 定电阻组成电桥，供桥电压为2V，并假定电桥负载为无穷大，当应变片 的应变为2和2000时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压， 并比较两种情况下的灵敏度。 *4、在实验室进行岩石弹性参数测量时，选用=50mm,H=100mm的 岩石试件，并贴有四只同参数的应变片（如图）。加载时，静应变仪指 示2500，问此时试件上实际产生多大的应变？若所选应变片的灵敏 系数K=2，供桥电压为4伏特，电桥的输出电压是多少（设本题岩石泊松 比=0.25）？ 解：（1）实=指/4C C=(1+3-2-4)/ 4测 =2500/2(1+0.25) =2500/2.5 =1000 () （2）UBD= = =42100010-6(1+0.25)/2 =510-3( 伏特) *5、用两片半导体应变片和筒状弹性元件设计一压力传感器，其中 一片为温度补偿片。测量时，可直接用满量程为200毫伏的数字电压表 组成压力测试系统。已知半导体应变片的灵敏系数100，供桥电压 U=4伏特，求该系统最大应变测量范围是多少？ 解：UBD=UK/4 =4 UBD/UK =420010-3/4100 =210-3=2000 6、某应变式压力传感器，应变片的贴片及组桥如图所示。四只同参 数应变片的灵敏系数2，电阻120，所贴应变片的弹性元件用 0.285 的弹簧钢加工成圆柱状。加载时，若静应变仪指示 7710，问此时传感器弹性元件上产生了多大的应变量？当卸掉载荷 时，向某个应变片并联一个电阻，应变仪指示2000，问并联在应变 片上的电阻是多少欧姆？ 解：1) 由题图可知：四桥臂工作，桥臂系数C=（1+）/2 由 实=指/4C 所以实=7710/2（1+0.285）=3000 2) =2000 , k=2 R/R=k 由 1/R并=1/R/+1/R 所以 1/R/=1/R并1/R R/= R并R/(R- R并) 而 R并=R-R R= R- R并=R k 所以 R/=（R-R k）R/R k=（R-R k）/ k R/ =（120-1202200010-6）/2200010-6 R/ =29880 8、某应变式压力传感器，应变片的贴片及组桥如图所示。四只同 参数应变片的灵敏系数k2 ，电阻R120，所贴应变片的弹性元件 用0.25 的弹簧钢加工成圆柱状。加载前,由于应变片阻值的微小偏 差，静应变仪指示500，这时，向阻值较大的应变片并联一个电 阻，结果应变仪回零。问并联在应变片上的电阻是多少欧姆？在此状态 下加载，应变仪指示5000，此时传感器弹性元件上产生了多大的应 变量？ 解：1）=500 , R=120 ,k=2 由1/R =1/R/+1/R实 所以 1/R/=1/R1/R实 R/= R实R/(R实- R) 而 R= R实- R =R k R实= R+ R k 所以 R/=（R+R k）R/R k=（R+R k）/ k R/ =（120+120250010-6）/250010-6 R/ =120120 2）此状态为平衡状态，由平衡状态开始加载到=5000 由实=指/4C 而 C=（1+3-2-4）/4=1+1-（-1）-（- 1）/41 C