試件的外部作用：力、位移、溫度、振動（輸入數(shù)據(jù)）;試件的反應(yīng)：應(yīng)力、應(yīng)變、位移、裂縫、轉(zhuǎn)角、速度、加速度（輸出數(shù)據(jù)）;試驗測試技術(shù)就是用各種方法，對這些數(shù)據(jù)進行測量和記錄。系統(tǒng)信號輸入信號輸出數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)測試過程4.1概述1.按功能和使用情況分：傳感器：放大器：顯示、記錄器：分析儀器：數(shù)據(jù)采集儀：自動采集記錄；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：可以實現(xiàn)以上各功能的設(shè)備儀表綜合系統(tǒng)；2.按儀器儀表的工作原理分：機械式儀器；電測儀器；光學(xué)測量儀器；復(fù)合式儀器；伺服式儀器：帶有控制功能儀器4.1.1設(shè)備儀器的分類

4.1概述3.按儀器儀表用途分：測力傳感器；位移傳感器；應(yīng)變計；傾角傳感器；頻率計；測振傳感器。

4.按功能種類：

單件式和集成式；5.按儀器儀表與結(jié)構(gòu)的關(guān)系分：附著式與手持式；接觸式與非接觸式；絕對式與相對式。6.按儀器儀表顯示與記錄的方式分：直讀式與自動記錄式；模擬式和數(shù)字式。4.1概述1.刻度值：儀器的最小分度值，是指示或顯示裝置所能指示的最小測量值，即每一最小刻度所表示的測量數(shù)值。2.量程：儀器儀表可以測量的最大范圍。20%~80%3.靈敏度：被測量的單位物理量所引起儀器輸出或顯示值的大小，即儀器儀表對被測物理量變化的反應(yīng)能力或反應(yīng)速度。4.精確度：儀表指示值與被測真值的符合程度。精確度高的儀表意味著隨機誤差和系統(tǒng)誤差都很小。常以最大量程時的相對誤差來表示精度，并以此來確定儀器的精度等級。例如，一臺精度為0.2級的儀表，意思是測定值的誤差不超過最大量程的±0.2％。4.1.2儀器儀表的主要技術(shù)性能指標

4.1概述1.測量儀器不應(yīng)該影響結(jié)構(gòu)的工作；要求儀器自重輕、尺寸小，尤其是對模型結(jié)構(gòu)試驗，還要考慮儀器的附加質(zhì)量和儀器對結(jié)構(gòu)的作用力。2.測量儀器具有合適的靈敏度、量程和精度。3.安裝使用方便，穩(wěn)定性和重復(fù)性好。4.價廉耐用，可重復(fù)使用，安全可靠，維修容易。5.在達到上述要求條件下，盡量要求多功能，多用途，以適應(yīng)多方面的需要。

4.1.3結(jié)構(gòu)試驗對儀器設(shè)備的使用要求

4.1概述應(yīng)變測量應(yīng)變量測一般是用應(yīng)變計測出試件在一定長度范圍（稱為標距）內(nèi)的長度變化，再計算出應(yīng)變值。測出的應(yīng)變值實際是標距范圍內(nèi)的平均應(yīng)變。因此，對于應(yīng)力梯度較大的結(jié)構(gòu)或混凝土等非勻質(zhì)材料，都應(yīng)注意應(yīng)變計標距的選擇?；炷两Y(jié)構(gòu)，應(yīng)變計的標距應(yīng)大于2～3倍最大骨料粒徑；磚石結(jié)構(gòu)，應(yīng)變計的標距應(yīng)大于4皮磚；木結(jié)構(gòu)試驗時，一般要求應(yīng)變計標距不小于20cm；鋼材等勻質(zhì)材料，應(yīng)變計標距可取小一些。4.2.1電阻法

4.2應(yīng)變測量（3）頻率響應(yīng)好?？蓽y量靜態(tài)到數(shù)十萬赫的動態(tài)應(yīng)變。（4）應(yīng)變片尺寸小，重量輕。（5）測量過程中輸出電信號，可制成各種傳感器。（6）可在各種復(fù)雜環(huán)境下測量。（1）測量靈敏度和精度高。其最小應(yīng)變讀數(shù)為（微應(yīng)變，）在常溫測量時精度可達。（2）測量范圍廣?？蓽y。4.2.1電阻法

4.2應(yīng)變測量

電阻應(yīng)變片的工作原理是利用金屬導(dǎo)體的“應(yīng)變電阻效應(yīng)”，即金屬絲的電阻值隨其機械變形而變化的物理特性（圖4-1）。根據(jù)歐姆定律：

當金屬絲受力而變形時，其長度、截面面積和電阻率都將發(fā)生變化，微分得到：4.2應(yīng)變測量1.電阻應(yīng)變片的工作原理Ks：表示單位應(yīng)變引起的相對電阻變化，稱金屬絲靈敏系數(shù)。越大，單位應(yīng)變引起的電阻變化也越大。常數(shù)線性4.2應(yīng)變測量4.2應(yīng)變測量問題轉(zhuǎn)化為測量金屬絲的電阻的變化測量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力各截面應(yīng)力分布各截面應(yīng)變分布本構(gòu)關(guān)系根據(jù)假定由表及里可以測量的表面纖維的變形測點位置應(yīng)變片與纖維協(xié)同變形4.2應(yīng)變測量

由于電阻片的敏感柵并不是一根直絲，再有受到彎頭橫向變形、膠層、基底等傳遞變形的影響，所以應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K

，一般在標準應(yīng)變梁上由抽樣標定測出，標定梁為純彎梁或等強度鋼梁。

此式用于應(yīng)變片粘貼后的情形4.2應(yīng)變測量2.電阻應(yīng)變片的構(gòu)造電阻柵引出線柵長柵寬主要技術(shù)指標

1.電阻值（Ω）：120、3502.規(guī)格：影響測試性能。3.靈敏系數(shù)K：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)設(shè)置相協(xié)調(diào)。4.2應(yīng)變測量3.電阻應(yīng)變片的種類1.按敏感柵的種類劃分：有箔式、絲繞式、半導(dǎo)體等；2.按基底材料劃分：有紙基、膠基等；3.按使用極限溫度劃分：有低溫、常溫、高溫等；4.按敏感柵形狀分：單軸與多軸。4.2應(yīng)變測量絲柵式應(yīng)變片標距：0.2mm~200mm短接式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片的金屬箔片光刻腐蝕工藝4.2應(yīng)變測量4.電阻應(yīng)變片的粘貼方法1.檢查和分選應(yīng)變片；2.粘貼表面測點準備；3.貼片；4.固化；5.粘貼質(zhì)量檢查；7.防潮處理。6.導(dǎo)線連接。4.2應(yīng)變測量4.2應(yīng)變測量4.2應(yīng)變測量4.2應(yīng)變測量5.電阻應(yīng)變儀工作原理電阻應(yīng)變片一同與被測結(jié)構(gòu)變形時，采用一定的儀器將電阻變化信號捕捉、轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化信號,并放大輸出，推算結(jié)構(gòu)的應(yīng)變，其中能將電阻變化信號轉(zhuǎn)為電壓或電流變化信號的儀器稱為電阻應(yīng)變儀。應(yīng)變片應(yīng)變儀電阻變化轉(zhuǎn)化為易測的電壓變化機械變形轉(zhuǎn)化為電阻變化4.2應(yīng)變測量

電阻應(yīng)變儀采用的測量電路是惠斯登電橋（以下簡稱橋路），能夠把電阻變化信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化信號，并使信號得以放大；橋路還可以解決測量值的溫度補償問題。所以，橋路是試驗工作中比較理想的測試形式。

基爾霍夫定律：4.2應(yīng)變測量假定，橋路四臂所接的電阻應(yīng)變片的電阻阻值全部發(fā)生變化,其值分別為，則橋路輸出電壓增量為：微分并略去高階小量如選擇為同規(guī)格應(yīng)變片，阻值相同，靈敏度系數(shù)相同，則有輸出電壓變化與與四個橋臂應(yīng)變（阻值變化率）的代數(shù)和成線性關(guān)系。4.2應(yīng)變測量采用如下表示電阻應(yīng)變片的橋路的度數(shù)值，則：橋路特點：鄰臂電阻阻值變化的符號相反，成相減輸出；對臂符號相同，成相加輸出。所以橋路中電阻阻值變化的組合不同，其構(gòu)成橋路讀數(shù)值的特點就不同，可構(gòu)成不同類別的橋路。4.2應(yīng)變測量4.2應(yīng)變測量6.橋路組成類別a.等臂橋路：指四個橋臂電阻值相等的電橋橋路。電橋平衡，輸出電壓為零。不能測應(yīng)變，可以測電阻阻值b.四分之一橋路：橋臂中，當且僅當有一肢橋臂的電阻是外接的電阻應(yīng)變片，其阻值發(fā)生相應(yīng)變化，而其余橋臂采用無感電阻的橋路稱1/4橋路。不能實現(xiàn)溫度補償四分之一橋路等臂橋路工作片4.2應(yīng)變測量c.半橋橋路。在四肢橋臂中，有兩肢相鄰橋臂的電阻是外接電阻應(yīng)變片，其電阻阻值發(fā)生相應(yīng)變化，而另外兩肢相鄰橋臂的電阻是無感電阻的橋路稱半橋橋路。能實現(xiàn)溫度補償d.全橋橋路。在四肢橋臂中，橋臂電阻全部（且必須全部）是外接電阻應(yīng)變片的橋路稱為全橋橋路。全橋橋路中沒有無感電阻。能實現(xiàn)溫度補償，采用全橋橋路測量的讀數(shù)值精度高，數(shù)據(jù)可靠。所以在各類傳感器中多采用全橋測量橋路。全橋橋路半橋橋路工作片工作片4.2應(yīng)變測量7.溫度補償技術(shù)

由于溫度引起的應(yīng)變片附加變形：1.試件與應(yīng)變片受溫度影響而產(chǎn)生的變形；2.試件材料與應(yīng)變片的溫度線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的變形。非受力變形，應(yīng)消除溫度引起的附加變形的消除：根據(jù)橋路的的特性，相鄰橋臂相減輸出，當兩個規(guī)格相同的應(yīng)變片粘界在同樣材料的表面，感受同樣的溫度，在橋路中相鄰連接時，溫度引起的應(yīng)變將自動消除，我們稱溫度補償。因橋路的連接特點（相鄰橋臂相減輸出），從而消除溫度產(chǎn)生的附加變形4.2應(yīng)變測量溫度補償?shù)囊螅海?）同一批應(yīng)變片，規(guī)格相同標距相同，且K1=K2；（2）電阻值之差小于0.5Ω，避免有初讀數(shù)；（3）粘貼在同一種材料和同一溫度場中。溫度補償應(yīng)變片法橋路連接示意4.2應(yīng)變測量補償橋路分類：依據(jù)溫度補償片是否受力，補償橋路可以分為：（1）外補橋路，即補償片不受力，稱為溫度補償片；（2）互補橋路，即補償片受力，亦為工作片。半橋外部橋路工作片溫度補償片半橋外部橋路工作片工作片4.2應(yīng)變測量半橋互補橋路舉例全橋互補橋路舉例4.2應(yīng)變測量8.一片多補技術(shù)的工作原理

4.2應(yīng)變測量1.位移方法測量應(yīng)變

應(yīng)變的定義是單位長度上的變形（拉伸、壓縮和剪切），在結(jié)構(gòu)試驗中，可以用兩點之間的相對位移來近似地表示兩點之間的平均應(yīng)變。設(shè)兩點之間的距離為L（稱為標距），被測物體產(chǎn)生變形后，兩點之間有相對位移，則在標距內(nèi)的平均應(yīng)變?yōu)椋?/p>

或4.2應(yīng)變測量4.2.2其他方法測量應(yīng)變

手持應(yīng)變儀百分表測量圖3.2.1

手持式應(yīng)變儀圖3.2.2

自制應(yīng)變測量裝置1-千分表2-腳座3-剛性桿4.2應(yīng)變測量2.頻率法4.2應(yīng)變測量

鋼弦式鋼筋應(yīng)變計是將一根金屬絲(弦)兩端固定然后張拉，金屬絲內(nèi)部將產(chǎn)生一定的張力，此時金屬絲的固有振動頻率與其內(nèi)部張力就具有一定的定量關(guān)系。通過測量鋼絲弦固有頻率的變化，就可以測出外界應(yīng)變的變化，振弦式應(yīng)變傳感器就是根據(jù)這一原理制作而成的。3.光測法五、光纖光柵應(yīng)變計

§4-3應(yīng)變測量

分布式光纖傳感系統(tǒng)原理是同時利用光纖作為傳感敏感元件和傳輸信號介質(zhì)，采用先進的OTDR技術(shù)，探測出沿著光纖不同位置的溫度和應(yīng)變的變化，實現(xiàn)真正分布式的測量。應(yīng)變測量原理是基于Brillouin散射的分布式溫度和應(yīng)變傳感系統(tǒng)，它可以同時測量溫度和應(yīng)變。

機械式荷載傳感器4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.1荷載傳感器

電阻應(yīng)變式荷載傳感器4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.1荷載傳感器

機械式位移計(百分表)（千分表）（撓度計）電阻應(yīng)變式位移傳感器滑線電阻式位移傳感器差動變壓器式位移傳感器4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.2線位移傳感器

必須標定后使用位移簡化測量4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.2線位移傳感器

圖3.3.3電阻應(yīng)變式位移傳感器1－測桿；2－彈簧；3－外殼；4－刻度；5－電阻應(yīng)變計；6－電纜4.3試驗傳感設(shè)備

位移傳感器4.3試驗傳感設(shè)備

機械式百分表張拉式位移傳感器4.3試驗傳感設(shè)備

1.轉(zhuǎn)角測定杠桿式水準式電子傾角儀杠桿式測角器水準式傾角儀4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.3角位移傳感器

電子傾角儀2.曲率測定a：梁式b：板式4.3試驗傳感設(shè)備

a：b：剪切變形測定4.3試驗傳感設(shè)備

4.3試驗傳感設(shè)備

扭角變形測定4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.4光纖位移傳感器

1.光纖傳輸原理當光線以不同角度入射到光纖端面，折射后進入光纖，再入射到纖芯（光密介質(zhì)）與包層（光疏介質(zhì)）交界面，一部分透射到包層，一部分反射回纖芯。當光線在光纖端面中心的入射角減小到某一角度時，光線全部反射。光纖臨界入射角的大小是由光纖本身的性質(zhì)決定的4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.4光纖位移傳感器

4.3試驗傳感設(shè)備

2.光纖傳感器類型功能型光纖傳感器。功能型光纖傳感是利用光纖本身對外界被測對象具有敏感能力和檢測功能，光纖不僅起到傳光作用，而且在被測對象作用下，如光強、相位、偏振態(tài)等光學(xué)特性得到調(diào)制，調(diào)制后的信號攜帶了被測信息。如果外界作用時光纖傳播的光信號發(fā)生變化，使光的路程改變，相位改變，將這種信號接受處理后，可以得到被測信號的變化。非功能型光纖傳感器。非功能型光纖傳感的光纖只當作傳播光的媒介，待測對象的調(diào)制功能是由其他光電轉(zhuǎn)換元件實現(xiàn)的，光纖的狀態(tài)是不連續(xù)的，光纖只起傳光作用。4.3試驗傳感設(shè)備

3.反射式光纖位移傳感器4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.5溫度傳感器

1.熱電偶溫度計2.熱敏電阻溫度計3.光纖溫度傳感器

4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.6測振傳感器

1.拾振器的工作原理

4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.6測振傳感器

1.拾振器的工作原理

幅頻特性曲線相頻特性曲線4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.6測振傳感器

位移計速度計加速度計4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.6測振傳感器

4.3試驗傳感設(shè)備

4.3.6測振傳感器

2.磁電式速度傳感器電磁感應(yīng)定律

B―線圈在磁鋼間隙的磁感應(yīng)強度；

L―每匝線圈的平均長度；