中国矿业大学2015级土木工程测试复习

1、中国矿业大学2015级土木工程测试复习总结 单选（10分）名词解释（10分）+填空（10分）+简答（30分）+设计电路（10分）+计算（10分） 第一章 传感器基础 1.电阻应变式传感器工作原理：是根据电阻应变效应先将被测量转换成应变，再将应变量转换成电阻。 2.电阻应变式传感器按照被测物理量可分为： 测力传感器、位移传感器、液压传感器、压力盒。 3.常见的钢弦式传感器有：钢弦式压力盒、钢筋应力计、表面应变计、孔隙水压力计等。 4.光纤的基本结构：纤芯、包层、涂敷层、护套。基本特性： 数值孔径、光纤模式、光纤传输损耗。 5.电容式传感器工作原理：是以各种类型的电容器作为传感元件， 将被测物理量

2、或机械量转换为电容量的变化。 6.压电式传感器基本原理：利用压电晶体的压电效应 （外力作用下激起晶体表面荷电的现象）。 7.压磁式传感器基本原理：利用铁磁材料的磁弹性物理效应， 即当铁磁材料受机械力作用后，在它的内部产生机械效应力，从而引起铁磁材料的导磁系数发生变化，如果在铁磁材料上有线圈，将引起铁磁材料中磁通量发生变化，进而导致线圈上自感电势或感应电势变化，从而把力转换成电信号。 8.传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 简答 1）传感器的基本组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还加上辅助电源。工作原理：通过敏感元件获取外界信息并

3、转换为电信号，通过输出部分输出，然后经过控制器分析处理。 2）钢弦式传感器工作原理：钢弦内应力变化转化为钢弦固有振动频率的变化。 3）钢弦式传感器的优缺点：主要优点有：构造简单、测试结果比较稳定、受温度影响小、易于防潮，可用于长期观测、在地下工程和岩土工程现场得到广泛应用。主要缺点：灵敏度受压力盒尺寸的限制、不能用于动态测试。 4）光纤传光原理：根据光的全反射原理，只要使光线射入光纤端面的光与光轴的夹角小于一定值，则入射到光纤纤芯和包层界面的角就满足小于临界角的条件，光线就射不出光纤的纤芯。光线在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而向前传播，光就能从光纤的一端以光速传播到另一端，这就是光纤传光

4、的基本原理。 5）光线Bragg光栅传感器的定义：基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的调制来获取传感信息的一种种波长调制型光纤传感器。 工作原理：P15 特点：光纤光栅传感器具有重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温等特点。抗干扰能力强；传感器探头结构简单，尺寸小；适应性强；测量结果具有良好的重复性；便于构成各种形式的光纤传感网络。 第二章 电阻应变测试技术 填空、名词解释 1.应变片基本构造：敏感栅、基底、粘接剂、盖层、引线。 2.电阻应变片工作原理（电阻应变效应）：大多数金属丝在轴向受到拉伸时，其电阻增加，压缩时，其电阻减少，这种电阻值随变形发生变化的现象称

5、为电阻丝的电阻应变效应。 3. 电阻应变片按照敏感栅制造方法可分为：丝式应变片、箔式应变片、薄膜式应变片。 4.惠斯登全等臂电桥：由四个相同阻值的电阻（即R1=R2=R3=R4 ）组成四个桥臂的惠斯登电桥。 简答 1.电阻应变片优缺点：优点：便宜、体积小、精度高、使用方便；可实现多点采样、数据处理以及遥测等；由于有保护覆盖层，所以可工作于各种恶劣环境；测量范围大；动态响应好。缺点：电阻随温度变化导致测量误差；测量容器内部应变时无法黏贴，故难以测量。 2.电阻应变片粘贴工艺与质量检查基本内容 粘贴技术的工艺：应变片的表面处理；被测物表面的处理；胶底的处理；应变片粘贴；导线焊接；固化。 粘贴质量的

6、检查：1）用惠斯登电桥测量应变片的电阻值；2）用高阻表测量应变片引出线与被测结构之间的绝缘电阻；3）将应变片接到电阻应变仪上调平衡，继续开机一段时间，如果漂移计较严重，或指针左右摆动，表示应变片工作性能不稳定。如果用手指压应变片时，应变仪指针摆动，松开手指后仍回不到原来的位置时，表示应变片下有气泡或胶层固化不完全。 3.被测电桥的加减特性：两相邻桥臂电阻所感受的应变代数值相减；而两相对桥臂电阻所感受的应变代数值相加。这种作用也称为电桥的加减特性。利用电桥的这一特性，正确地布片和组桥， 可以提高测量的灵敏度、减少误差、测取某一应变分量和补偿温度影响。 4.根据被测对象的应力状态选择测点和布置应变

7、片的合理接桥是实测应该首先解决的问题。请简述布片和接桥的一般原则 （1）首先考虑应力集中区和边界上的危险点，选择主应变最大、最能反映其力学规律的点贴片； （2）利用结构的对称性布点，利用应变电桥的加减特性，合理选择贴片位置、方位和组桥方式，可以达到稳定补偿、提高灵敏度、降低非线性误差和消除其他影响因素的目的； （3）当测量荷载时，应尽量避开应力- 应变的非线性区贴片； （ 4）在应力已知的部位安排适当的测点，以便测量时进行监测和检验试验结果的可靠性。 5.温度补偿：现场测量时为消除因为电阻应变片的温度效应引起的温度变化带来的影响采用的消除方法。 产生原因：（1）电阻丝的电阻温度变化；（2）应变

8、片与试件膨胀系数的不同造成的误差。 温度补偿方法：（1）温度自补偿应变片法，常用于中、高温；（2）桥路补偿法，用于常温下。桥路补偿法分为补偿块补偿法和工作片补偿法。 6.应变片选择考虑因素：应力状态、环境条件、材质特点、测量仪器 第三章 动态测试与分析技术 概念 1.相频特性：输入信号中各频率分量的相位角在通过装置时作与频率成正比的滞后移动，换句话说， 各频率分量通过装置后均应延迟相同时间t0， 即相频特性曲线为一通过原点并具有负斜率的斜线。 2.幅频特性：输入信号中各频率分量的幅值通过装置时，均应被放大（缩小）相同的倍数A0 ，即幅频特性曲线是平行于横轴的直线。 3.结构动力特性参数的常用测

9、定方法：自由振动法（利用阻尼振动衰减原理求取自振特性）、共振法（采用能产生稳定简谐振动的起振机或激振器作为振源）、脉动法（通过测量建筑物的脉动反应波形来确定建筑物的动力特性）。 4.动力系数：动挠度（动应变）和静挠度（静应变）的比值。 简答 1.什么是不失真测试条件： 1）首先要求测试装置是一个单向环节，即被测对象用于测量装置，而装置对于子测试对象的反作用可以忽略不计；2）在进行动态测量的时候要求不因测试装置对于被测对象的作用而改变它的状态；3）装置的幅频特性和相频特性满足一定要求：幅频函数为常数；相频函数为线性(过原点的直线)。 2.请根据物理原理说明常用测试传感器以及测试的物理量 3.动载

10、实验加载方法： 动载加载根据使用情况和特性分为惯性力加载（初位移加载：适用于刚度较大的结构，较小的荷载能产生较大的振幅，对结构产生影响。初速度加载：适用于刚度较小的结构，特别是柔性较小的构件。）、电磁加载 （根据电磁感应原理，当线圈中通过稳定的直流电时，产生磁场，与此同时工作线圈在磁场中运动，使顶杆推动试件振动。仅适用于小型结构及模拟试验。）和液压加载（对大吨位、大挠度、大跨度的结构更为适用。 ）等方法。 4.磁电式速度传感器原理：依据电磁感应原理，当有一线圈在穿过其磁通发生变化时，会产生感应电动势，电动势的输出大小与线圈的运动速度成正比。 5.结构动力特性：是指结构本身所固有的振动方式，其表

11、现为结构的固有频率、振型和阻尼等动力参数，它们决定于结构的组成形式、刚度、质量分布和材料性质等，与外荷载无关，了解结构动力特性是研究结构振动的基础。按照试验的方式特点分为直接测定、间接测定和比较法。 第四章 土木工程无损检测 1.碳化深度： 混凝土表面的氢氧化钙与空气中的二氧化碳或其他酸性物质反应变成碳酸钙，其厚度即为碳化深度值。 2.根据冲击能量不同回弹仪的分类：小型、中性、大型和摆型。 3.回弹法测区面积20cm×20cm，布置16个测点，同一测点只允许弹击一次。 4.回弹值反映混凝土表层23cm质量情况。 5.声速反映混凝土内部密实度和弹性性质。 6.超声回弹法应优先采用对测或

12、角测。当构件不具备条件时，可采用单面平测。 7.三种测强曲线：统一测强曲线、地区测强曲线、专用测强曲线。 8.声波频率：20-20kHz。 9.根据换能器的布置方式，可将超声波的测试方法分为透射法、反射法和折射法。 10.纵波和横波主要是在介质内部传播，面波沿介质表面或交界面传播。 11.混凝土表层测缺通过超声波折射法。 12.回弹法：是用弹簧驱动的重锤，通过弹击杆（传力杆） ，弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值（反弹距离与弹簧初始长度之比）作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。超声回弹法： 是指根据实测声速值和回弹值综合推定混凝土强度的方法。超声波法：利用接受超

13、声波辐射的时差来计算流量的方法。 13.岩土完整性系数：岩体与岩石的纵波速度之比的平方。 简答 1.回弹法的特点：优点：采用回弹法检测不会对结构和构件的力学性质和承载能力产生不利影响，属于无损检测，因而被广泛应用于工程验收的质量检测；设备简单、操作方便、测试迅速、费用低廉。缺点：仅能测定表面强度。 超声回弹法特点：优点：内外兼顾，超声波能反应混凝土内部密实度和弹性性质，采用综合法可以由表及里，全面反映混凝的土内部质量情况。缺点：操作较复杂，钢筋中超声波传播速度比普通混凝土高1.2-1.9倍，如果在超声波通过的混凝土路径上存在钢筋，测得的混凝土声速计算值就会偏高。 2.请简述超声波传播影响因素

14、(1)弹性模量降低时，岩体声波速度也相应的下降，这与波速理论公式相符； (2)岩石越致密，岩体声速越高； (3)结构面的存在，使得声速降低。并使声波在岩体中传播时存在各向异性。垂直结构面方向声速低，平行于结构面方向声速高； (4)岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低； (5)压应力方向上，声速高；拉应力方向上，声速低； (6)孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩体波速高。 3.举例超声波在土木工程无损检测中的应用 在混凝土结构中：混凝土厚度检测、混凝土中不密实区和空洞的检测、混凝土裂缝检测、表层缺陷的超声波检测。 在岩土工程中：岩体完整性系数、岩石力学参数测定、声波测井、围岩松

15、动圈（松弛带）的测试。 第五章 典型物理量的测试及其系统组成 1.热电偶测温原理基于热电效应。 2.温度计测量温度以热平衡为基础。 3.热电偶闭合回路中产生的热电势是由两个导体的接触电势和同一导体的 温差电势组成的。 4.温度的基本概念：由热力学定律知，处于同一热平衡状态的所有物体都具有某一共同的宏观性质，表征这一宏观性质的物理量就是温度。温标：对温度高低量度的标尺称为温标。分类： 简答 1.常用的温标有哪些：常用温标有摄氏温标()、华氏温标()和凯氏温标(K)三种。 2.简述传感器与介质的刚度匹配原则：应力测试时，要求弹簧元件的刚度比原系统大很多，外力绝大部分由弹簧元件承担，弹簧所受的压力与

16、外力近乎相等，此为应力计。应变测试时，要求弹簧元件的刚度比系统小很多，弹簧顺着系统的变形而变形，对变形的阻抗作用很小，弹簧元件的变形与系统的变形近乎相等，此为应变计。 2.测试系统的组成及性能指标 组成：（1）传感器：感测物理量并转换为电量,又称为“一次仪表”； （2）中间转换装置：接受传感器输出的电信号，通过硬件电路或软件进行信号转换、处理； （3）显示记录装置：显示测量结果，提供给观察者或自动控制装置。 性能指标：（1）精度：测值与真值接近程度 （2）稳定性：时间、环境 （3）量程：测量范围 （4 ）分辨率：检测到被测量最小变化值 （5 ）传递特性：输入输出对应关系的性能 传感器标定 第六

17、章 土木工程测试数据的处理方法（了解概念，能被最好） 1.误差 ：任何实验手段都有其局限性，反映在测试数据上就是必定存在着误差。 2. 系统误差：在一组测量中，常保持同一数值和同一符号的误差，它是由于测试原理的方 法本身的缺陷、测试系统的性能、外界环境的改变、个人习惯偏向等因素所引起的误差。 3.精密度：表征在相同条件下多次重复测量中结果的相互接近，相互密集的程度，它反映随机误差的大小。 4.准确度：表征测量结果与被测量真值的接近程度，它反映系统误差的大小。 5.方差分析：是把试验观测数据分解为各个影响因素的波动和误差动，然后将它们的平均波动进行比较。 视情况而背（老师怎么说） 6.单因素试验

18、：在一项试验中，若只有一个因素在变动，而其他因素保持固定不变，就叫做单因素试验。 7. 回归分析：是研究相关关系的一种数学工具，它能帮助我们从一个变量取得的值去估计里一个变量所取的值。 8.灰数：指信息不完全的数，即只知道大概范围而不知道其确切值得数。 简答 1.误差的分布规律有哪些 （1）单峰值：绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多。 （2）对称性：大小相等，符号相反的误差出现的概率密度相等。 （3）抵偿性：同条件下对同一量进行测量，其误差的算术平均值随着测量次数无线增大而趋近于零，即误差平均值的极限为零。 （4）有界性：在一定测量条件下的有限测量值中，其误差的绝对值不会超过

19、一定的界限。 2.什么是可疑数、如何对可疑数进行剔除 可疑数据：在多次测量中，有时会遇到有个别测量值和其它多数测量值相差较大的情况，这些个别数据就是可疑数据。 对于可疑数据的剔除，可以利用正态分布来决定取舍。对现场测试和探索性试验中出现的可疑数据的舍弃，必须要有严格的科学依据，而不能简单的用数学方法来舍弃。 3.方差分析种类有哪些 （1）单因素试验的方差分析-只包含一个因素变化的试验分析； （2）多因素试验的方差分析-包含两个因素以上变化的试验分析； （3）正交试验设计的方差分析-利用正交表安排多于一个因素变化的试验分析； （4）SN比试试验设计法-亦是利用正交表安排试验，但用分贝（dB）读数

20、据进行分析。 4.单因素试验方差分析步骤 （1）偏差平方和的分解 （2）平均偏差平方和与自由度 （3）用F检验法进行显著性检验 （4）制订方差分析表 5.灰色系统理论的两条原理 （1）信息不完全原理。信息不完全原理的应用，是少与多的辩证统一，是“局部”与“整体”的转化； （2）过程非唯一性原理。由于灰色系统理论的研究对象信息不全，准则具备多重性，从前因到后果，往往是多对多映射，因而变现为过程非唯一性。其体现是解的非唯一，辨识参数的不唯一，模型非唯一，结果非唯一等。 第七章 测试技术的工程应用 1.基坑工程的测点布置应具有代表性和针对性。 2.选择监测的点、施工阶段基本上能反映整个结构的受力或变

21、形情况。 3.表7-1 4.新奥法通过对最直观、最易获得的监测数据位移和洞周收敛 的量测和分析，来确定合理的支护结构形式及其设置时间。 5.时空效应： 基坑开挖后，上部土方被挖掉，等于是给基底土方卸荷，打破了原有的荷载平衡，使基底土方产生应力释放，导致地基土方变形隆起。 6.新奥法：应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。 简答 1.基坑工程监测的项目有哪些 变位观测：坑周建筑物沉降和偏斜、坑周土体沉降和

22、平移（地表、分层、水平）、坑底土体回弹、挡墙结构变形。 结构外荷：支撑轴力、土压力、孔隙水压力。 结构内力：挡墙、顶板结构、立柱。 2.隧道工程监测内容 隧道工程监测包括洞内监测、周边环境监测和洞内外巡视，具体有：拱顶沉降、净空收敛、锚杆内力、钢格栅内力、初砌（管片）内力、水量监测、爆破振动、地下水位、地表沉降、相邻建筑物及管线变形、洞内外巡视观察。 惠斯登电桥的电阻测量原理，桥臂的加、减特性及其作用。 答：1）电阻测量原理： 如图所示为直流惠斯登电桥，由四个电阻1R2R3R4R 组成四个桥臂； 为供桥端，接电压为的直流电源，为输出端，电桥的输出电压 为 当04231?RRRR时，0?BDU 电桥处于平衡状态，这就是惠斯登电桥。 2）电桥的加减特性（对臂相加，临臂相减） 相邻桥臂：应变极性相同，输出电压相减，应变极性相反，输出电压相加； 相对桥臂：与以上规律相反。 3）电桥加减特性非常有用： 1