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第四章 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 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 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 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。 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。 4.1 概述 数据采集系统 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。 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。 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。 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。 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 4.2 传感器 4.2.2 电阻应变计 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。 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