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。第四章第四章第四章4.2

传感器4.2.3应变测量电阻应变计测量应变♦采用惠斯登电桥（1/4电桥接法、半桥接法、全桥接法），将电阻变化转换为电压或电流的变化，使信号放大，从而进行测量；♦读数：零位读数法（电阻）、偏位读数法（电压）第四章4.施2传感梦器4.2慰.3应变斤测量电阻豪应变辉计测撒量应嚷变♦温度补宅偿技术：粘件贴在厌试件墙测点脂上的降应变榨计所厦反映注的应变芦值，终除了罢试件斜受力链的变示形外喇，还笋包含女试件赌与应绳变计受逃温度肆影响森而产阶生的骨变形米和由授于试全件材汪料与茫应变纹计的温度租线膨胀筑系数不茧同而产兵生的变凡形等。狡这种变隐形不是荷载工效应，恐一般采勺用温度米补偿方膏法加以刺消除。♦消示除温度迹影响的且方法：温度补煎偿法。第四章4.2传感蜓器4.2搞.3应变灯测量温度补伤偿应变冒计法第四章4.2传感器4.牌2.翠3应变测上量其他饱方法钳测量油应变♦位移尤法：♦用捞两点之新间的相乌对位移蚊近似表技示两点浓之间的备平均应煤变ε怠=Δl/l♦小标距（50厌mm～250骄mm）：手巨持应蜜变仪阵（引沙申仪朝）、范杠杆宿引申竭仪、梳百分勿表、昨位移订传感食器；♦大吹标距：倚收敛仪市、水准漂仪、经宇纬仪。♦损光测转法：队多用洒于结涛构局老部应指力分戴析（秋云纹院法、麻激光洋衍射微法、斯光弹废法）炒。第四章4.2传感器4.倘2.锋4力传感夫器和压轿力传感口器力传感躬器和压梅力传感剥器：主要有机械式斥传感器和电测式覆传感器两类；机械式右：拉力嘱测力计淡、压力当测力计浑、拉压功力测力泽计；电测式石（应变发式）：幕压力传无感器、妙拉压传剑感器（役较为常纱见，采仿用应变危计量测岭方法，挂可自制绳）。第四匹章4.2传感旨器4.嗓2.冠4力传感掩器和压世力传感寇器机械没式传确感器膝：第四芹章4.仙2传感教器4.2背.5线位层移传厌感器简称位台移传感冒器机械式百分表雨、电子弹百分表、千分表、位移森计、水准河仪、经卸纬仪等熟。量程10喘~3陆0m渔m量程1~瞎3m测m量程50、100、200、300胖mm机械式面百分表电子百陆分表第四章4.2传感身器4.算2.蜓5线位移纯传感器百分僵表止经纬座仪奴位移帜计第四章4.2传感器4.聚2.赚6角位何移传岭感器倾角喇仪沉倾角葬传感椒器第四章4.2传感器4.虽2.葛7裂缝舅测量稻仪器第四章4.蜻2传感闲器4.2脂.7裂缝测杂量仪器第四立章4.炭2传感器4.2姨.8测振委传感臣器第四章4.2传感誓器4.2白.8测振传答感器基本彻原理傍：测斥量结究构振浓动参盘数（按位移荡、速假度、旧加速格度等念）的杜仪器♦乒利用搜相对跌运动暗原理军手持绑式测倒振仪融；♦另利用坟惯性忘原理军惯性勉式测子振传旦感器景。压电袜式加毒速度欲传感丢器第四孕章4.2传感器磁电式微速度传续感器压电墙式加腥速度灶传感弯器第四群章4.3记录仪4.3尺.1概况数据的眯记录方罩式：模躬拟式、隐数字式弹。常用记郊录器：徐光线示甘波器、钳磁带记件录仪、铁磁盘驱观动器、X－Y记录仪显。第四章4.3记录仪4.3须.2戴X－Y记录凯仪模拟式输记录器忽：可记锡录一峡个X轴（荷职载）座二～三个Y轴（股位移尼、应变等断）多用孙于静力测试第四章4.白3记录仪4.先3.耳3光线示没波器模拟式世记录器，可同时怒记录多皂条曲线畅，主抄要用透于振睬动测虫试。第四章4.3记录仪4.必3.翠3磁带箭记录物仪有模垒拟式糊和数彻字式稼两种倍，多侵用于北测量密振动帆参数妄，特执点：维工作筑频带尺宽、乎同时罩多通乳道记粱录、螺录放河速度圣可调姻、可棵将磁滥信号住还原剖为电些信号金。第四江章4.雨4数据采像集系统4.煌4.器1数据雁采集柱系统照的组容成传感器割部分：争包含电辈测传感丽器数据采侍集部分细：扫描铺传感器泰，对数渔据进行月采集计算涂机部眉分：赢控制侄数据良采集勤仪，遮并进塑行数姨据处确理按系统剥组成模呈式分：♦大江型专用斗系统♦但分散钢式系芦统♦小端型专用窗系统♦组竞合系统第四章4.角4.悔1数据眠采集摆系统睬的组施成第四章4.缴4.稍2数据采瓶集的过蛙程数据流袖通过程腔图第四帐章4.朋4.禽2数据屑采集曲的过讲程数据仁采集偷程序馋框图第四做章第四烫章萄结构桌试验铸的数煤据采里集和捎测量描仪器思考阳题：1、数据敞采集应洽遵循的鹿两个原第则是什少么？2、传悬感器获的功贵能是踢什么树？3、简险述电巧