建筑结构试验课件第四章结构试验的数据采集和测量仪器

第四章结构试验的数据采集和测量仪器主要内容4.1

概述4.2传感器4.3

记录器4.4数据采集系统第四章第四章结构试验的数据采集和测量仪器教学内容1．概述：包括测试方法的分类，主要技术指标，测试系统的标定的原则。2．应变测量：电阻应变测量方法：包括应变片的测量原理，应变片的结构，应变片的筛选和粘贴，应变仪的测量原理，测量桥路，温度补偿原理，测量中的注意事项。手持式应变仪振弦式应变计：包括振弦式应变计的测试原理，振弦式应变计的结构。光纤应变测量。3．位移测量：包括百分表和电子百分表，差动变压器式位移计，角位移传感器，光学方法。4．荷载传感器。5．裂缝的测量。6．振动参数的测量仪器。第四章第四章结构试验的数据采集和测量仪器重点：测试方法的分类，主要技术指标，测试系统的标定的原则，电阻应变测量方法，振弦式应变计，电子百分表，差动变压器式位移计，荷载传感器，裂缝的测量。难点：各种测试方法的电学原理。实验课内容电阻应变测量实验：包括1）应变片的选择和粘贴；2）应变仪的使用；3）半全桥路测量等强度梁的应变。第四章第四章结构试验的数据采集和测量仪器教学要求1．熟练掌握测试方法的分类，主要技术指标的概念，测试系统的标定原则。2．熟练掌握电阻应变测量方法，振弦式应变计的原理和使用方法。3．熟练掌握差动变压器式位移计的原理和使用方法，熟练掌握电子百分表的使用方法。4．熟练掌握荷重传感器和裂缝的测量的基本原理和使用方法。5．掌握手持式应变仪的使用方法，光纤应变测量，角位移传感器，光学方法，振动参数的测量仪器;6．实验课的内容必须完成。第四章4.1

概述数据采集：用多种仪器和装置测量结构试验中的输入（作用）和输出（效应、响应）数据。结构试验数据采集的发展过程：♦人工测量、人工记录：直尺、秤等♦仪器测量、人工记录：YJ-5应变仪等♦仪器测量、仪器记录：传感器+X-Y记录仪等♦数据采集系统：输力强数据采集系统等。第四章4.1

概述数据采集系统感受部分放大部分分析仪器显示记录部分传感器放大器显示器、记录仪计算机、程序第四章4.1

概述结构静力试验：主要测量局部纤维应变和整体变形，多使用复合式仪表。结构动力试验：量测结构动力特征和动态反应，使用动态模拟仪器。数据采集的仪器设备（按功能与使用情况分）：传感器、放大器、显示器、记录器、分析仪器等。第四章4.1

概述测量仪器设备的主要技术性能指标：♦刻度值（最小分度值）：指示或显示装置所能指示的最小量测值。♦量程：仪器可以测量的最大范围。♦灵敏度：仪器对被测物理量变化的反应能力。♦分辨率：测量被测物理量最小变化值的能力。♦线性度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度。♦稳定性：规定时间内保持示值与特性参数不变的能力。♦重复性：重复测试同一数值时保持示值一致的能力。♦频率响应：动测仪器输出信号随输入信号变化的特性。第四章4.1

概述结构试验对仪器设备的使用要求：♦自重轻、尺寸小，不影响结构工作与受力；♦合适的灵敏度和量程；♦安装使用方便，稳定性和重复性好；♦价廉耐用，可重复使用，安全可靠，维修容易；♦多功能，多用途，适应多方面需要。数据采集应遵循同时性和客观性原则。为确定仪器设备的灵敏度和精确度、确定试验数据的误差，应在试验前后对仪器设备进行标定。第四章4.2

传感器4.2.1基本原理机械式传感器：利用机械原理进行工作，包括感受机构、转换机械、显示装置和附属装置四部分。电测传感器：利用某种特殊材料的电学性能、或某种装置的电学原理，把所需测量的非电物理量变化转换成电量变化，主要包括感受部分、转换部分、传输部分和附属装置四部分。其他传感器：包括红外线传感器、激光传感器、光纤传感器和超声波传感器等。第四章4.2

传感器4.2.2电阻应变计工作原理：利用某种金属丝导体的“应变电阻效应”。构造组成：♦引出线♦覆盖层♦电阻栅♦基底材料第四章4.2

传感器4.2.2电阻应变计第四章4.2

传感器4.2.2电阻应变计电阻应变计的特点：灵敏度高，应变片尺寸小（应力集中区密集贴片），质量轻，粘贴牢固，适用于高、低温环境（-50℃～100℃）。主要技术指标:♦电阻值R：120Ω。♦标距l：即电阻栅的有效长度。钢筋片2×1、3×2等，砼片80×4、100×5等（大于4倍最大粗骨料粒径，还与应变梯度有关）。♦灵敏度系数K：即单位应变引起应变计的电阻变化。应与应变仪的灵敏度系数设置相协调。第四章4.2

传感器4.2.2电阻应变计电阻应变仪的分类:♦按电阻栅的种类分：丝绕式、短接式、箔式、半导体式、焊接式；♦按电阻栅的形状分：单向应变片、应变花（双向、三向）；♦按基底材料分：纸基、胶基；♦按使用极限温度分：低温、常温、高温。第四章4.2

传感器4.2.2电阻应变计电阻应变计的粘贴方法：检查与分选应变计:用放大镜对应变计进行外观检查，若敏感栅有霉斑、锈点、断丝、变形及片内有气泡者剔除；用万能表及电桥测阻值并选配。

试件表面处理:用细纱纸交叉打磨试件，使表面粗糙度Ra为1.6以下，用4H的铅笔画线，用无水酒精或四氯化碳、丙酮擦至无垢为止。第四章4.2

传感器4.2.2电阻应变计电阻应变计的粘贴方法：粘片:粘贴方法视粘结剂和应变计的基底不同而定。粘片时先擦洗应变计基底，晾干后分别在试件及应变计粘贴面涂一层薄而均匀的胶水，并立即将应变计对准放好，然后其上垫一层玻璃纸，用手指单向滚压数次，挤出多余的胶水和气泡，干燥固化后去掉纸垫。

检查:用放大镜检查应变计是否贴正、粘牢、断丝，有无气泡和褶皱扭翘，然后用兆欧表检查丝栅与试件之间的绝缘电阻(一般应在200MΩ以上)。亦可把应变片接在应变仪上，用橡皮轻压丝栅，若应变仪输出有变，说明片下有气泡或剥离，应予重贴。第四章4.2

传感器电阻应变计的粘贴方法：连线组桥:应变计引出线应加套管并弯曲后焊在接线端子上，组桥导线从接线端子引出，要求焊点光滑，不得有毛刺、虚焊现象。可涂环氧树脂、沥青或点焊箔条，以防止导线移动。

防护:为防止因物理或化学原因引起应变计的失效，粘贴好的应变计必须采取防护措施。常用的防护剂有合成橡胶、环氧树脂以及凡士林、松香、石蜡等，可根据试验的环境和测试要求选取和配制。第四章第四章第四三章4.三2传感三器4.三2.三3应变三测量电阻三应变三计测三量应三变♦三采用三惠斯三登电三桥（1/三4电桥三接法三、半三桥接三法、三全桥三接法三），三将电三阻变三化转三换为三电压三或电三流的三变化三，使三信号三放大三，从三而进三行测三量；♦三读数三：零三位读三数法三（电三阻）三、偏三位读三数法三（电三压）第四三章4.三2传感三器4.三2.三3应变三测量电阻三应变三计测三量应三变♦温度三补偿三技术：粘三贴在三试件三测点三上的三应变三计所三反映三的应变三值，三除了三试件三受力三的变三形外三，还三包含三试件三与应三变计受三温度三影响三而产三生的三变形三和由三于试三件材三料与三应变三计的温三度线三膨胀三系数三不同三而产三生的三变形三等。三这种三变形三不是荷三载效三应，三一般三采用三温度三补偿三方法三加以三消除三。♦三消除三温度三影响三的方三法：温度三补偿三法。第四三章4.三2传感三器4.三2.三3应变三测量温度三补偿三应变三计法第四三章4.三2传感三器4.三2.三3应变三测量其他三方法三测量三应变♦位移三法：♦三用两三点之三间的三相对三位移三近似三表示三两点三之间三的平三均应三变ε三=Δl/l♦小标三距（50三mm～25三0m三m）：手三持应三变仪三（引三申仪三）、三杠杆三引申三仪、三百分三表、三位移三传感三器；♦三大标三距：三收敛三仪、三水准三仪、三经纬三仪。♦三光测三法：三多用三于结三构局三部应三力分三析（三云纹三法、三激光三衍射三法、三光弹三法）三。第四三章4.三2传感三器4.三2.三4力传三感器三和压三力传三感器力传三感器三和压三力传三感器三：主要三有机械三式传三感器和电测三式传三感器两类三；机械三式：三拉力三测力三计、三压力三测力三计、三拉压三力测三力计三；电测三式（三应变三式）三：压三力传三感器三、拉三压传三感器三（较三为常三见，三采用三应变三计量三测方三法，三可自三制）三。第四三章4.三2传感三器4.三2.三4力传三感器三和压三力传三感器机械三式传三感器三：第四三章4.三2传感三器4.三2.三5线位三移传三感器简称三位移三传感三器机械三式百分三表、三电子三百分三表、千分三表、位移三计、水三准仪三、经三纬仪三等。量程10三~3三0m三m量程1~三3m三m量程50、10三0、20三0、30三0m三m机械三式百三分表电子三百分三表第四三章4.三2传感三器4.三2.三5线位三移传三感器百分三表三经纬三仪三位移三计第四三章4.三2传感三器4.三2.三6角位三移传三感器倾角三仪三倾角三传感三器第四三章4.三2传感三器4.三2.三7裂缝三测量三仪器第四三章4.三2传感三器4.三2.三7裂缝三测量三仪器第四三章4.三2传感三器4.三2.三8测振三传感三器第四三章4.三2传感三器4.三2.三8测振三传感三器基本三原理三：测三量结三构振三动参三数（三位移三、速三度、三加速三度等三）的三仪器♦三利用三相对三运动三原理三手持三式测三振仪三；♦三利用三惯性三原理三惯性三式测三振传三感器三。压电三式加三速度三传感三器第四三章4.三2传感三器磁电三式速三度传三感器压电三式加三速度三传感三器第四三章4.三3记录三仪4.三3.三1概况数据三的记三录方三式：三模拟三式、三数字三式。常用三记录三器：三光线三示波三器、三磁带三记录三仪、三磁盘三驱动三器、X－Y记录三仪。第四三章4.三3记录三仪4.三3.三2三X－Y记录三仪模拟三式记三录器三：可记三录一三个X轴（荷三载）三二～三个Y轴（三位移三、应变三等）多用三于静力测试第四三章4.三3记录三仪4.三3.三3光线三示波三器模拟三式记三录器，可同三时记三录多三条曲线三，主三要用三于振三动测三试。第四三章4.三3记录三仪4.三3.三3磁带三记录三仪有模三拟式三和数三字式三两种三，多三用于三测量三振动三参数三，特三点：三工作三频带三宽、三同时三多通三道记三录、三录放三速度三可调三、可三将磁三信号三还原三为电三信号三。第四三章4.三4数据三采集三系统4.三4.三1数据三采集三系统三的组三成传感三器部三分：三包含三电测三传感三器数据三采集三部分三：扫三描传三感器三，对三数据三进行三采集计算三机部三分：三控制三数据三采集三仪，三并进三行数三据处三理按系三统组三成模三式分三：♦三大型三专用三