测试应变仪器

测试应变仪器第一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一一、应变仪的发展交流载波式应变仪，数字静态应变仪(60-70年代)多点测量系统采集速度/采集容量/处理能力大的计算机数据采集系统(模拟集成电路技术),数据采集仪、快速数据采集仪数字波形记录仪(爆炸/导弹等)多点、动态应变仪第二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一应变仪若按其放大器的工作原理可分为两类直流放大式应变仪交流载波放大式应变仪。若按频率响应范围来分，可分为静态电阻应变仪动态电阻应变仪第三页，共三十五页，编辑于2023年，星期一静态电阻应变仪此类应变仪专测量不随时间变化或变化极缓慢的应变而用动态电阻应变仪此类应变仪是用来测量周期性或非周期性随时间而变化的应变。其测量方式为单桥偏位法，亦即应变仪将应变电桥的输出电压放大后直接送到记录仪器，这种方法对桥压的稳定性，放大器的线性度以及增益性要求高。第四页，共三十五页，编辑于2023年，星期一电阻应变测试仪器的种类1．静态应变仪及数字静态应变仪

主要用于静态应变或静力实验中有关力学量的测量。当多点测量时，需配用多点预调平衡箱，以解决多点切换和零点平衡问题。

第五页，共三十五页，编辑于2023年，星期一交流供桥、双电桥零读数静态应变仪两者施加相似的供桥电压，施加不同幅值得供桥电压是为了补偿应变片灵敏系数的差异。利用双电桥线路，采用零读数法可以使测量结果既不受电源稳定性的影响，也不受放大器稳定性的影响，保证了较高的测量精度。第六页，共三十五页，编辑于2023年，星期一第七页，共三十五页，编辑于2023年，星期一由于直流放大器的性能提高，目前已普遍使用直放式的数字式电阻应变仪。静态应变仪与动态应变仪大多数电路相同或相似。但也有特殊的电路，数字式电阻应变仪第八页，共三十五页，编辑于2023年，星期一数字式电阻应变仪原理第九页，共三十五页，编辑于2023年，星期一第十页，共三十五页，编辑于2023年，星期一Vi-VI+R4放大器R3RaRWABB¹CDABB¹CDRaRWRaRW补偿EgVI+0Vi-DH3818内部桥路图第十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一Vi-VI+R4放大器R3RaRWABB¹CDABB¹CDRaRWRaRW补偿EgVI+0Vi-DH3818内部桥路图（1/4桥接法时）单臂第十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一Vi-VI+R4放大器R3RaRWABB¹CDABB¹CDRaRWRaRW补偿EgVI+0Vi-DH3818内部桥路图（半桥接法时）第十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期一Vi-VI+R4放大器R3RaRWABB¹CDABB¹CDRaRWRaRW补偿EgVI+0Vi-DH3818内部桥路图（全桥接法时）第十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期一测量电路平衡的调节R6R5第十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期一预调平衡可通过多种方法实现。一种为初读数记忆式，另一种为D/A转换器补偿式。这种应变仪操作时按下清零（或平衡）键后，仪器记下此时的初读数，并在以后的显示中扣除初读数。当然对电桥的不平衡仍然有一定的要求。第十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期一3．动态应变仪主要用于各种机械振动引起的动态应变测量，适用频率在1000～5000Hz以下。第十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期一交流载波式应变仪(常用)它由载波振荡器提供电桥交流电源，测量电桥中还有电阻平衡和电容平衡调整电路，其组成包括测量电桥．载波振荡器、放大器、相敏检波器、低通滤波器和稳压源等第十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期一第十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期一动态应变仪1测量电桥(应变电桥:预调平衡电桥;应变标定电路)

由载波振荡器提供交流电源,接到电阻应变仪,可以接成不同桥路,包括电阻平衡/电容平衡.可以提供补偿和平衡桥臂.

由于电阻应变片的阻值不可能完全相等,测量导线的电阻及接触点电阻不可能完全一致,以及分布电容的影响.在测量电桥前就失去平衡,而且不平行度有可能大于应变片变形所能引起的,从而使仪器无法正常工作.因此必须采用预调平衡第二十页，共三十五页，编辑于2023年，星期一测量前应标定,向记录仪器提供一标准应变信号,作为记录的比例尺.2

读数电桥(零读数)

3

交流载波放大器

接受电桥的输出电压,只放大载波调幅电压,滤掉直流,放大后的输出电压送到相敏检波器,还原成原信号4相敏检波器放大后仍为调幅波,经过相敏检波器,还原成被测信号的波形,检测输出信号的幅值,和正负号.第二十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一5

滤波器滤除高频载波信号的作用,获得正确波形6

载波振荡器给测量电桥和读数电桥以及相敏检波器提供电源.7

稳压电源向载波放大器和振荡器提供稳定的直流信号.8

指示仪记录和显示应变

第二十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一数字式动态应变仪在原交流载波式应变仪或直流应变仪的基础上将输出信号进行A/D转换而成数字信号,在仪器面板显示/打印机打印出/计算机显示出结果的应变仪第二十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期一动第二十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期一（2）应变仪的工作特性

静态应变仪、数据采集仪：

分辨率、量程、线性度、灵敏系数误差、稳定度。

动态应变仪：

输出灵敏度、线性误差、频率相应特性、稳定度。第二十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期一常用的记录仪器数据采集系统通用示波器磁带记录仪光线示波器笔式记录仪等第二十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期一应变数字采集技术应变数字采集主要分静态信号和动态信号，两者在技术上有很大差异。1.静态应变仪

常使用串行口RS-232C与计算机通信。由于数据采集量不多计算机可以方便地以任意格式存放数据。2.动态应变仪

的输出需借助于专用的数据采集系统才能记录信号。也可使用数据采集卡采集数据。由于受通信速度的影响，有些应变仪不能进行高速采集，但大多数应变仪能做到每秒每通道1000点的数据采集速率，可以解决大多数应变测试问题。对于使用RS-232C串口通信来说，最高通信速率大致为每秒4000点。更高的通信速率可通过并行接口或USB来实现。第二十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期一示波器双踪示波器或多踪示波器是常见的观察仪器，利用示波器的记忆功能或对示波器照相，则可以当记录仪使用。有的示波器具有与计算机通信的功能，则可以直接连到计算机记录应变波形。第二十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期一磁带记录仪

需长时间记录波形信号，并希望能回放分析时。可采用磁带记录仪来记录数据。它适用于记录频率较高的数据（可达20kHz)。一般记录的是电压或电流模拟信号。磁带记录仪的结构和工作原理记录放大器再生放大器记录信号~记录信号~送带盘收带盘记录磁头再生磁头第二十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期一磁带记录仪的主要技术指标磁道数（4、7、14磁道）磁带速度和频率特性信噪比失真率（<3%）直流漂移线性度抖动率输入、输出阻抗和电压串音比道间时滞第三十页，共三十五页，编辑于2023年，星期一光线示波器的构造及基本原理光线示波器是由光、磁、电和机械系统综合组成的记录仪器，它采用照相原理记录波形信号。由于采用了快速显影技术，使用起来比较方便，记录高达500Hz的信号。主要不足是使用成本较高。光线示波器包括下列系统振子系统光学系统记录纸传动系统时间指示系统电器控制系统光线示波器

张丝磁钢小镜NSNS记录纸光源活动线圈输入电信号第三十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一

振动子的工作原理振动子的静态特性

式中：B——为恒磁场的磁感应强度

n——为线圈的匝数线圈中心线尺寸为宽b,高为hI——流过线圈的电流

θ——为线圈偏转角此式左端为力偶矩，右端为张丝产生的恢复矩，G为张丝的扭转刚性系数为线圈中心线围成的面积故上式可写为第三十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一在θ很小的情况下小镜的这一偏转,造成了反射光点的移动,如图，图中小镜中心到记录纸的垂直距离为光臂记为L,光点移动的距离为y,则有称为振动子的电流灵敏度振动子的动态特性

1、振动子可动部分的运动方程