工程结构试验试验的数据采集和测量仪器.ppt

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1、建筑结构试验,课时安排,第1章 结构试验概论（2课时）第2章 结构试验的荷载设备（2课时）第3章 结构试验的数据采集和测量仪器（2课时）第4章 结构试验设计（4课时）第5章 结构单调加载静力试验（2课时）第6章 结构低周反复静力加载试验（2课时）第7章 结构试验现场检测技术（2课时）第8章 结构试验的数据处理（2课时）试验课时（4学时）专题：结构抗震试验（2课时）,3.1 概述3.2 传感器3.3 记录器3.4 数据采集系统,第3章 数据采集和测量仪器,3.1 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

2、、秤等仪器测量、人工记录：YJ-5应变仪等仪器测量和记录：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,数据采集系统,3.1 概述(续),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,3.1 概述(续),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

3、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,3.1 概述(续),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,3.2 传感器,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

4、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。,（二）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”单位应变引起的相对电阻变化K为灵敏系数，为应变构造组成引出线覆盖层电阻栅基底材料,（二）电阻应变计(续),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（-50100）主要技术指标电阻值R：120标距l：即电阻栅的有效长度。钢筋片21、32等，砼片804、1005等（大

5、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,（二）电阻应变计(续),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,三向应变花,电阻应变计的粘贴方法,（三）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）,惠斯登电桥,（三）应变测量(续),电阻应变计测

6、量应变温度补偿技术：粘贴在试件测点上的应变计所反映的应变值，除了试件受力的变形外，还包含试件与应变计受温度影响而产生的变形以及由于试件材料与应变计的温度线膨胀系数不同而产生的变形等。这种变形一般采用温度补偿方法加以消除。消除温度影响的方法：温度补偿法。,温度补偿应变计法,其他方法测量应变,位移法：用两点之间的相对位移近似表示两点之间的平均应变小标距（50mm250mm）：手持应变仪（引申仪）、杠杆引申仪、百分表、位移传感器大标距：收敛仪、水准仪、经纬仪光测法：多用于结构局部应力分析（云纹法、激光衍射法、光弹法）,（四）力传感器和压力传感器,主要有机械式传感器和电测式传感器两类机械式：拉力测力计

7、、压力测力计、拉压力测力计电测式（应变式）：压力传感器、拉压传感器（较为常见，采用应变计量测方法，可自制）。,（五）线位移传感器,简称位移传感器；机械式百分表(量程10-30mm)电子百分表(量程10-30mm)千分表(量程1-3mm)位移计(量程50、100、200、300mm)水准仪、经纬仪等,（六）角位移传感器,倾角仪、倾角传感器等,（七）裂缝测量仪器,裂缝测量的两项内容：开裂时刻与位置、裂缝宽度与长度判断裂缝是否出现的方法目测 试件表面刷白，裂缝一般与主拉应力垂直应变 通过钢筋应变和砼应变综合判定曲线 通过P、P曲线拐点判定常用裂缝宽度测量仪器：读数显微镜、裂缝标尺。,（八）测振传感器

8、(拾振器),基本原理：测量结构振动参数（位移、速度、加速度等）的仪器利用相对运动原理 手持式测振仪利用惯性原理 惯性式测振传感器传感器的频率特性位移传感器：应尽可能大加速度传感器：应尽可能大w 为振动体的频率，wn 为传感器固有频率,振动方程,（八）测振传感器(续),磁电式速度传感器灵敏度高、性能稳定压电式加速度传感器优点：动态范围大（可达105g），频率范围宽，稳定性好，机械强度高，温度范围宽缺点：灵敏度较低。,3.3 记录器,（一）概况数据的记录方式：模拟式、数字式常用的记录器：光线示波器、磁带记录仪、磁盘驱动器、XY记录仪（二）XY记录仪模拟式记录器可记录一个X轴（荷载）、二三个Y轴（位

9、移、应变等）多用于静力测试,（三）光线示波器模拟式记录器；可同时记录多条曲线；主要用于振动测试。（四）磁带记录仪有模拟式和数字式两种；多用于测量振动参数；特点：工作频带宽、同时多通道记录、录放速度可调、可将磁信号还原为电信号,3.4 数据采集系统,（一）数据采集系统的组成传感器部分：包含电测传感器数据采集部分：扫面传感器，对数据进行采集计算机部分：控制数据采集仪，并进行数据处理按系统组成模式分大型专用系统分散式系统小型专用系统组合系统,数据采集系统的组成,（二）数据采集过程,计算机,数据后处理,打印输出,实时屏幕图像显示,存入文件,计算处理,从数据采集仪读入数据,打印输出，存入磁盘,放入内存,

10、数据采集仪,系数换算,A/D转换,扫描采集,传感器,把物理量转变为电信号,感受各种物理量,结构试验的原始数据；力、线位移、角位移、应变和温度等物理量,数据流通过程图,（二）数据采集过程,启动,处理测试参数文件,仪器状态的诊断测试,建立存放数据的文件,设置屏幕曲线显示的坐标系,一次采集,终止,数据采集程序框图,采集待命，可选择下一步操作,连续采集,思考题：,1、数据采集应遵循的两个原则是什么？2、传感器的功能是什么？3、简述电阻应变计的工作原理。4、简述电阻应变计的主要粘贴步骤。5、何谓1/4电桥、半桥接法以及全桥接法。6、简述电阻应变计的构造组成。7、常用的位移传感器有哪些？8、裂缝测量主要有哪两项内容，常用方法是什么？9、常用的数据记录器有包括哪些？10、简述数据采集系统的硬件组成。,