(3.6.1)-3.6传感器测量原理-振弦式传感器测试及标定

土木工程测试技术

3传感器测量原理

内容提纲传感器定义、组成及其分类应力计和应变计原理电阻应变片电阻式测试系统振弦式传感器振弦式测试技术光纤式传感器33.6振弦式测试技术频率仪构造钢弦传感器的钢弦振动频率是由频率仪测定的，它主要由放大器、示波器、振荡器和激发电路等组成。若为数字式频率仪，则还有一数字显示装置。基本原理发出脉冲信号输入传感器的电磁线圈，激励钢弦产生振动，钢弦的振动在电磁线圈内产生交变电动势，输入频率仪放大器后，示波，得到频率。4振弦频率仪3.6振弦式测试技术5多点数据采集仪3.6振弦式测试技术6土木工程常用振弦式传感器3.6振弦式测试技术June10,20047Introductiontothesis

钢弦式传感器的特点优点：

抗干扰强，特别是长导线、复杂条件下传输信号，常时稳定性好。结构简单，价格低。长期稳定性好，高防水性能，密封良好温度影响小，振弦式传感器的附带测温功能缺点：对夹具要求特别高，常时不易保证。对钢弦要求高。3.6振弦式测试技术June10,20048Introductiontothesis传感器的标定原理传感器的标定(又称率定)，就是通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系，即获取传感器的输出特性曲线(又称标定曲线)，传感器必须在使用前或定期进行标定，标定的基本方法是将已知的非电量(如压力、位移等)作为输入量，输入到待标定的传感器中，得到传感器的输出量。然后，通过输出量与输入量得到一系列的标定曲线。3.6振弦式测试技术9不同钢弦式传感器标定时的输入量和输出量：对于压力盒的标定，输入量为压力，输出量为压力盒内钢弦的频率。对于钢筋计的标定，输入量为钢筋应力，输出量为钢筋计内钢弦的频率。对于应变计的标定，输入量为应变，输出量为应变计内钢弦的频率。3.6振弦式测试技术10标定要求传感器的标定应该在其使用条件相似的状态下进行；被测对象的f＜30Hz时，可只作静标定。重复标定的次数和提高测试精度，减小偶然误差。3.6振弦式测试技术11压力盒油压标定3.6振弦式测试技术12埋入式压力盒的压沙标定3.6振弦式测试技术13接触式压力盒的标定3.6振弦式测试技术14应变计（位移计）的标定3.6振弦式测试技术15钢筋计的标定在万能试验机上进行拉、压标定试验，试验所用应力大小范围须与钢筋内实际可能发生的应力相适应。在拉、压开始时，由于安装零件配合不够紧密，频率变化不稳定，经3～4次拉、压试验，钢筋计频率—应力变化曲线基本稳定，即根据试验结果绘制标定曲线。3.6振弦式测试技术16传感器的发展方向向高精度发展：

随着自动化生产程度的不断提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。17向高可靠性、宽温度范围发展：

传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。提高温度范围历来是大课题，大部分传感器其工作范围都在-20℃～70℃，在军用系统中要求工作温度在-40℃～85℃范围，而汽车锅炉等场合要求传感器的温度要求更高，因此发展新兴材料（如陶瓷）的传感器将很有前途。传感器的发展方向18向微型化发展：

各种控制仪器设备的功能越来越大，要求各个部件体积能占位置越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的，体积较大、稳定性差、寿命也短，而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。传感器的发展方向19向微功耗及无源化发展：

传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往是用电池供电或用太阳能等供电，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向，这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。目前，低功耗损的芯片发展很快，如T12702运算放大器，静态功耗只有1.5µA，而工作电压只需2～5V。

传感器的发展方向20向智能化数字化发展：