第四章構(gòu)造試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集和測(cè)量?jī)x器概述在構(gòu)造試驗(yàn)中，試件作為一個(gè)系統(tǒng)，所受到的荷載作用〔如力、位移、溫度等〕是系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，試件的反響〔如位移、速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變、裂縫等〕是系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的測(cè)量、記錄和處理分析，可以得到試件系統(tǒng)的特性。數(shù)據(jù)采集就是用各種方法、儀器，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)展測(cè)量和記錄；數(shù)據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)處理的原始資料；數(shù)據(jù)采集是構(gòu)造試驗(yàn)的重要步驟，是構(gòu)造試驗(yàn)成功的必要條件之一。只有采集到牢靠的數(shù)據(jù)，才能通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到正確的試驗(yàn)結(jié)果，到達(dá)試驗(yàn)的預(yù)期目的。為采集到準(zhǔn)確、牢靠的數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)承受正確的采集方法，選用牢靠的儀器設(shè)備。從測(cè)量技術(shù)的歷史進(jìn)展過(guò)程和實(shí)際使用狀況來(lái)看，數(shù)據(jù)采集的方法有：用最簡(jiǎn)潔的工具進(jìn)展人工測(cè)量、人工記錄，如用直尺測(cè)量變形；用儀器進(jìn)展測(cè)量、人工記錄，如用應(yīng)變儀配應(yīng)變計(jì)或位移計(jì)測(cè)量應(yīng)變或位移；用儀器進(jìn)展測(cè)量、記錄，如用傳感器配X－Y記錄儀進(jìn)展測(cè)量、記錄，或用傳感器、放大器和磁帶記錄器進(jìn)展測(cè)量、記錄；用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)展測(cè)量、記錄。在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，承受何種數(shù)據(jù)采集方法應(yīng)當(dāng)依據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆⒓皟x器設(shè)備的實(shí)際條件來(lái)確定，應(yīng)當(dāng)依據(jù)用最經(jīng)濟(jì)合理的代價(jià)來(lái)獵取最多的有用數(shù)據(jù)的原則來(lái)確定。用于數(shù)據(jù)采集的儀器設(shè)備種類繁多，按它們的功能和使用狀況可以分為：傳感器、放大器、顯示器、記錄器、器、數(shù)據(jù)采集儀，或一個(gè)完整的數(shù)據(jù)來(lái)集系統(tǒng)等。儀器設(shè)備還可以分為單件式和集成式，單件式儀器是指一個(gè)儀器只具有一個(gè)單一的功能，集成式儀器是指那些把多種功能集中在一起的儀器。在各個(gè)種類的儀器中，傳感器的功能主要是感受各種物理量〔力、位移、應(yīng)變等，并把它們轉(zhuǎn)換成電量〔電信號(hào)〕器的功能是把從傳感器得到的信號(hào)進(jìn)展放大，使信號(hào)可以被顯示和記錄；顯示器的功能是把信號(hào)用可見(jiàn)的形式顯示出來(lái)；記錄器是把采集得到的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，作長(zhǎng)期保存；器的功能是對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)展分析處理；數(shù)據(jù)采集儀可用于自動(dòng)掃描和采集，可作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種集成式儀器，它包括傳感器、數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī)或其他記錄器、顯示器等，它可用來(lái)進(jìn)展自動(dòng)掃描、采集，還能進(jìn)展數(shù)據(jù)處理等。儀器設(shè)備還可以按以下方法分類：按工作原理可分為：a．機(jī)械式儀器——純機(jī)械傳動(dòng)、放大和指示；b．電測(cè)儀器——利用機(jī)電變換，并用電量顯示；c．光學(xué)測(cè)量?jī)x器——利用光學(xué)轉(zhuǎn)換、放大和顯示；d．復(fù)合式儀器——由兩種以上工作原理復(fù)合而成；e．伺服式儀器——帶有掌握功能的儀器。按儀器的用途可分為：a．測(cè)力傳感器；b．位移傳感器；c．應(yīng)變計(jì)；d．傾角傳感器；e．頻率計(jì)；f．測(cè)振傳感器。按儀器與構(gòu)造的關(guān)系可分為；a．附著式與手持式；b．接觸式與非接觸式；c．確定式與相對(duì)式。按儀器顯示與記錄方式分為：a．直讀式與自動(dòng)記錄式；b．模擬式和數(shù)字式。構(gòu)造試驗(yàn)測(cè)量?jī)x器設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)：〔1〕刻度值〔最小分度值〕儀器的指示或顯示裝置所能指示的最小測(cè)量值，即是每一最小刻度所表示被測(cè)量的數(shù)值。〔2〕量程儀器可以測(cè)量的最大范圍。靈敏度被測(cè)量的單位物理量所引起儀器輸出或顯示裝置示值的大小，即儀器對(duì)被測(cè)物理量變化的反響力量。區(qū)分率儀器測(cè)量被測(cè)物理量最小變化值的力量。線性度儀器核準(zhǔn)曲線對(duì)抱負(fù)擬合直線的接近程度，可用校準(zhǔn)曲線與擬合直線的最大偏差作為評(píng)定指標(biāo)，并用最大偏差與滿量程輸出的百分比來(lái)表示。穩(wěn)定性當(dāng)被測(cè)物理量數(shù)值不變，儀器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持示值與特性參數(shù)不變的力量。重復(fù)性在同一工作條件下，儀器屢次重復(fù)測(cè)量同一數(shù)值的被測(cè)量時(shí)，保持示值全都的力量。頻率響應(yīng)動(dòng)測(cè)儀器輸出信號(hào)的幅值和相位隨輸入信號(hào)的頻率而變化的特性。常用幅頻和相頻特性曲線來(lái)表示，分別說(shuō)明儀器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的幅值比和相位角偏差與輸入信號(hào)頻率的關(guān)系。構(gòu)造試驗(yàn)對(duì)儀器設(shè)備的使用要求為：測(cè)量?jī)x器不應(yīng)當(dāng)影響構(gòu)造的工作，要求儀器自重輕、尺寸小，尤其是對(duì)模型構(gòu)造試驗(yàn)，還要考慮儀器的附加質(zhì)量和儀器對(duì)構(gòu)造的作用力。測(cè)量?jī)x器具有適宜的靈敏度和量程。安裝使用便利，穩(wěn)定性和重復(fù)性好。價(jià)廉耐用，可重復(fù)使用，安全牢靠，修理簡(jiǎn)潔。在到達(dá)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。數(shù)據(jù)采集時(shí)，一般的數(shù)據(jù)流通過(guò)程見(jiàn)圖4-1。圖中雙線箭頭表示數(shù)據(jù)的流通方向。試件所受到的作用和試件的反響，如力、位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等，都是數(shù)據(jù)采集的原始數(shù)據(jù)；這些物理量形式的數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器，轉(zhuǎn)換成電量形式〔電信號(hào)信號(hào)進(jìn)展放大；這些電量形式的數(shù)據(jù)可以用顯示器進(jìn)展顯示，最終用記錄器把這些數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，以備作數(shù)據(jù)處理之用。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，為得到準(zhǔn)確、牢靠的數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)遵照同時(shí)性、客觀性這兩個(gè)原則。同時(shí)性原則要求一次采集〔或一次測(cè)量〕得到的全部數(shù)據(jù)是同一時(shí)刻的試件受到的作用和試件的反響，這些同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)才能反映和描述試件在某一時(shí)刻的狀態(tài)?？陀^性原則要求依據(jù)客觀事實(shí)進(jìn)展數(shù)據(jù)采集，并把全部關(guān)于試驗(yàn)實(shí)際狀況的數(shù)據(jù)都加以測(cè)量、記錄，使采集得到的數(shù)據(jù)能夠完整、客觀地反映和描述整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程。為了確定儀器設(shè)備的靈敏度和準(zhǔn)確度、確定試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差，應(yīng)當(dāng)在試驗(yàn)前或試驗(yàn)前后對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)展標(biāo)定。儀器標(biāo)定可按兩種狀況進(jìn)展，一是對(duì)儀器進(jìn)展單件標(biāo)定，二是對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)展系統(tǒng)標(biāo)定；單件標(biāo)定可以確定某一件儀器的靈敏度和準(zhǔn)確度，系統(tǒng)標(biāo)定可以確定某些儀器組成的系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確度。當(dāng)實(shí)際試驗(yàn)中承受某些儀器組成的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)展測(cè)量和數(shù)據(jù)采集時(shí)，應(yīng)盡量承受系統(tǒng)標(biāo)定。傳感器4．2．1根本原理傳感器的作用是感受所需要測(cè)量的物理量〔或信號(hào)測(cè)讀的形式、然后直接顯示，或者是電量的形式、然后傳輸給下一步的儀器。目前，構(gòu)造試驗(yàn)中較多承受的是將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電量的電測(cè)傳感器。一、機(jī)械式傳感器機(jī)械式傳感器利用機(jī)械原理進(jìn)展工作，主要由以下四局部組成：感受機(jī)構(gòu)：它直接感受被測(cè)量的變化。轉(zhuǎn)換機(jī)械：把感受到的變化轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度或角度等的變化，并且加以放大或縮小以及轉(zhuǎn)向等。顯示裝置：用來(lái)顯示被測(cè)量的大小，通常由指針和度盤(pán)等組成。附屬裝置：如外殼、防護(hù)罩、耳環(huán)、裝夾具，它使儀器成為一個(gè)整體，并便于安裝使用。機(jī)械式傳感器通常都不能進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸，都需要帶有顯示裝置。所以，機(jī)械式傳感器是帶有顯示器的傳感器。二、電測(cè)傳感器電測(cè)傳感器利用某種特別材料的電學(xué)性能、或某種裝置的電學(xué)原理，把所需測(cè)量的非電物理量變化轉(zhuǎn)換成電量變化，如把非電量的力、應(yīng)變、位移、速度、加速度等轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電流、電阻、電壓、電感、電容等。電測(cè)傳感器主要由以下四局部組成：〔l〕感受局部：它直接感受被測(cè)量的變化，它可以是一個(gè)彈性鋼筒、一個(gè)懸臂梁或是一個(gè)簡(jiǎn)潔的滑桿等。轉(zhuǎn)換局部：它把所感受到的物理量變化，轉(zhuǎn)換成電量變化；如把應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化的電阻應(yīng)變計(jì)，把振動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成電壓變化的線圈磁鋼組件，把力轉(zhuǎn)換成電荷變化的壓電晶體等。傳輸局部：是把電量變化的信號(hào)傳輸?shù)椒糯笃鳌⒒蛘哂涗浧骱惋@示器的導(dǎo)線〔或稱為電纜〕和相應(yīng)的接插件等。附屬裝置：是指?jìng)鞲衅鞯耐鈿?、支架等。電測(cè)傳感器可以進(jìn)一步按輸出電量的形式分為：電阻應(yīng)變式、磁電式、電容式、電感式、壓電式等。三、其他傳感器另外，還有紅外線傳感器、激光傳感器、光纖維傳感器、超聲波傳感器等；還有些傳感器是利用兩種或兩種以上原理進(jìn)展工作的復(fù)合式傳感器，及能對(duì)信號(hào)進(jìn)展處理和推斷的智能傳感器。通常，傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，在有些狀況下，還需要按傳感器的種類配置放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)展放大處理，然后輸送到記錄器和顯示器。放大器的主要功能就是把信號(hào)放大，它必需與傳感器、記錄器和顯示器相匹配。電阻應(yīng)變計(jì)在構(gòu)造試驗(yàn)中，電阻應(yīng)變計(jì)是用來(lái)測(cè)量試件的應(yīng)變。另外，還可以用電阻應(yīng)變計(jì)作為轉(zhuǎn)換元件，組成電阻應(yīng)變式傳感器，來(lái)測(cè)量各種物理量的變化。一、電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理是利用某種金屬絲導(dǎo)體的“應(yīng)變電阻效應(yīng)值隨著其機(jī)械變形而變化的物理特性〔圖4-系如lRA

〔4—1〕式中R——金屬絲的原始電阻值Ω；ρ——金屬絲的電阻率Ω——金屬絲的長(zhǎng)度；——金屬絲的截面積m2當(dāng)金屬絲受力而變形〔伸長(zhǎng)或縮短〕時(shí)，其長(zhǎng)度、截面積和電阻率都將發(fā)生變化，其電阻變化規(guī)律可由對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)，然后再微分得到4-2金屬絲的電阻應(yīng)變?cè)韉RddldA

〔4-2〕R l Adl式中 l

——金屬絲長(zhǎng)度的相對(duì)變化，即應(yīng)變；——截面面積的相對(duì)變化；dAA——電阻率的相對(duì)變化。依據(jù)材料的變形特點(diǎn)，可得dA/A=-2ν dl/l=2νε。式〔4-2〕可寫(xiě)為：dR(12)d

〔4-3〕R

12

1d

〔4-4〕 R dR

1d

〔4-5〕于是有R

K〔4-6〕式中K為金屬絲的靈敏系數(shù)，表示單位應(yīng)變引起的相對(duì)電阻變化；靈敏系數(shù)越大，單位應(yīng)變引起的電阻變化也越大。二、電阻應(yīng)變計(jì)的構(gòu)造電阻應(yīng)變計(jì)的構(gòu)造如圖4-3〔電阻柵l為柵長(zhǎng)〔又稱標(biāo)距，b，b計(jì)的重要技術(shù)尺寸。電阻應(yīng)變計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：電阻值〔Ω，一般應(yīng)變儀均按12Ω設(shè)計(jì)，應(yīng)變計(jì)的電阻值R一般也為12Ω選用時(shí)，應(yīng)考慮與應(yīng)變儀協(xié)作。標(biāo)距l(xiāng)，即敏感柵的有效長(zhǎng)度。用應(yīng)變計(jì)測(cè)得的應(yīng)變值是整個(gè)標(biāo)距范圍的名義平均應(yīng)變，應(yīng)依據(jù)試件測(cè)點(diǎn)處應(yīng)變梯度的大小來(lái)選擇應(yīng)變計(jì)的標(biāo)距。靈敏系數(shù)K，表示單位應(yīng)變引起應(yīng)變計(jì)的電阻變化。應(yīng)使應(yīng)變計(jì)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)，如不全都時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)展修正。三、電阻應(yīng)變計(jì)的種類電阻應(yīng)變計(jì)的種類很多，按敏感柵的種類劃分，有絲式，箔式，半導(dǎo)體等；按基底材料劃分，有紙基，膠基等；按使用權(quán)限溫度劃分，有低溫，常溫，高溫等。箔式應(yīng)變計(jì)是在薄膠膜基底上鍍合金薄膜，然后通過(guò)光刻技術(shù)制成，具有絕緣度高，耐疲乏性能好，橫向效應(yīng)小等特點(diǎn)，但價(jià)格較高。絲繞式多為紙基，雖有防潮性能，耐疲乏性能稍差，橫向效應(yīng)較大等缺點(diǎn)。但價(jià)格較低，且易粘貼，可用于一般的靜力試驗(yàn)。圖4-4為幾種應(yīng)變計(jì)的形式，表4-1為各種電阻應(yīng)變計(jì)的命名規(guī)章。4－4幾種電阻應(yīng)變計(jì)四、電阻應(yīng)變計(jì)的粘貼用應(yīng)變計(jì)測(cè)量試件等的應(yīng)變，應(yīng)當(dāng)使應(yīng)變計(jì)與被測(cè)物體變形全都，才能得到準(zhǔn)確的應(yīng)變測(cè)量結(jié)果。通常承受粘結(jié)劑把應(yīng)變計(jì)粘貼在被測(cè)物體上，粘貼的好壞對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。粘貼的技術(shù)要求格外嚴(yán)格，為保證粘貼質(zhì)量和測(cè)量正確，要求：①測(cè)點(diǎn)基底平坦、清潔、干燥；②〕粘結(jié)劑的電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和工藝性能良好，以及蠕變小、粘貼強(qiáng)度高、溫濕度影響小；③同一組應(yīng)變計(jì)規(guī)格型號(hào)應(yīng)一樣；④粘貼結(jié)實(shí)，方位準(zhǔn)確，不含氣泡。常用的粘結(jié)劑有氰基丙烯酸脂類〔如KH502粘結(jié)劑、環(huán)氧類等。另外，在應(yīng)變計(jì)粘貼完成后，有時(shí)還需要對(duì)應(yīng)變計(jì)作防潮絕緣處理，常用的防潮材料有石蠟、環(huán)氧樹(shù)脂等。應(yīng)變測(cè)量構(gòu)造試驗(yàn)中，常常需要測(cè)量試件的應(yīng)變，測(cè)量應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變。常用的應(yīng)變測(cè)量傳感器有電阻應(yīng)變計(jì)、手持應(yīng)變儀、位移傳感器等，還可以用光測(cè)法〔云紋法、激光衍射法、光彈法〕等。一、電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量應(yīng)變應(yīng)變計(jì)可以把試件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化，但是，在一般狀況下試件的應(yīng)變較小，由此〔圖把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，使信號(hào)得以放大，并可以解決溫度補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題。圖4-5RRR，R為電阻〔或橋臂電阻VV為輸出電壓。1 2 3 4 i o依據(jù)基爾霍夫定律，可以得到輸出電壓V與輸入電壓V的關(guān)系如下：RR RRV V 1 3 2 4 〔4－7〕o i (R1

R)(R2

R)4R=R=R=R,V=01 2 3 4 o時(shí)，有RR-RR=0 〔4-8〕1 3 2 4如橋臂電阻發(fā)生變化，電橋?qū)⑹テ胶猓敵鲭妷篤≠0。測(cè)量應(yīng)變時(shí)，可以只接o一個(gè)應(yīng)變計(jì)R為應(yīng)變計(jì)，這種接法稱為1／4電橋；接兩個(gè)應(yīng)變計(jì)R和R為應(yīng)變計(jì)，1 1 2稱為半橋接法；接四個(gè)應(yīng)變計(jì)RRR和R均為應(yīng)變計(jì)，稱為全橋接法。1 2 3 4Δ Δ Δ 當(dāng)進(jìn)展全橋測(cè)量時(shí)，假定四個(gè)橋臂的電阻變化分別為 R、R、R、RΔ Δ Δ 1 2 3 4且變化前的電橋?yàn)槠胶?，則有輸出電壓為：RR R R R RV V 2 4 ( 1 2 3 4) 〔4-9〕o i (R1

R)(R2

R) R R R R4 1 2 3 4Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ 上式中利用了R R=、R R=R+ R+R+ R〔R+ R+R+ RΔ Δ Δ Δ Δ Δ Δ 1 3 2 4 1 1 2 2 3 3 4 4=〔R

+RR

。如四個(gè)應(yīng)變計(jì)規(guī)格一樣，即R=R=R=R

，K=K=K=K

=K，則有1 2 3 4

1 2 3

1 2 3 4V 1Vo 4 i

K(1

3

) 〔4-10〕由上式可知，當(dāng)ΔR≤R時(shí)，輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系，與四個(gè)橋臂應(yīng)變的代數(shù)和成線ε ε ε ε ε ε 1 2 1 3用電阻應(yīng)變儀測(cè)量應(yīng)變時(shí)，用電阻應(yīng)變儀中的電阻和電阻應(yīng)變計(jì)共同組成惠斯頓電橋。當(dāng)應(yīng)變計(jì)發(fā)生應(yīng)變、其電阻值發(fā)生變化，使電橋失去平衡；假設(shè)在電橋中接入一可變電阻，調(diào)整可變電阻、使電橋恢復(fù)平衡，這個(gè)可變電阻調(diào)整值與應(yīng)變計(jì)的電阻變化有對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量這個(gè)可變電阻調(diào)整值來(lái)測(cè)量應(yīng)變的方法稱為零位讀數(shù)法。假設(shè)不用可變電阻，直接測(cè)量電橋失去平衡后的輸出電壓，再換算成應(yīng)變值，這種方法稱為直讀法〔或偏位法。常用的電橋與相應(yīng)的應(yīng)變計(jì)布置見(jiàn)表4-2，承受何種電橋和應(yīng)變計(jì)布置應(yīng)依據(jù)試驗(yàn)要求而定，當(dāng)用于測(cè)量非勻質(zhì)材料的應(yīng)變時(shí)，或當(dāng)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)較多時(shí)，應(yīng)盡量承受1/4電橋，以避開(kāi)各個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)之間的相互影響。隨著電子技術(shù)的進(jìn)展，配置有高精度、高區(qū)分率的積分電壓表的數(shù)據(jù)采集儀廣泛應(yīng)用于構(gòu)造試驗(yàn)，應(yīng)用于應(yīng)變測(cè)量。數(shù)據(jù)采集儀測(cè)量應(yīng)變常承受直讀法，直接測(cè)量電橋失去平衡后的輸出電壓，通過(guò)換算可得到相應(yīng)的應(yīng)變值。將式〔4-7〕改寫(xiě)為V RR

RR

RR RR

RR

RR

R(R

R)R(R

R)o 1 3 2 4 1 3 2 3 2 3 2 4 3 1 2 2 3 4 V (Ri 1

R)(R2

R) (R4

R)(R2

R) (R4

R)(R2

R)4R R 3 2 (R R3

) (R1

R)2

〔4-11〕即輸出電壓與輸入電壓之比為R

，R，R1 2

和R〔R，R，R4 1 2

和R是電阻或應(yīng)變計(jì)〕的4函數(shù)，當(dāng)電橋中應(yīng)變計(jì)的電阻發(fā)生變化時(shí)，Vo／Vi也將發(fā)生變化。令VV

VV V

〔4－12〕r Vi 2

i1i可以得到對(duì)于不同的電橋，由V “計(jì)算應(yīng)變的表達(dá)式。上式中，(V

為發(fā)生應(yīng)變后r的電壓比值，(V/V)為發(fā)生應(yīng)變前的電壓比值。o i1對(duì)1/4電橋，見(jiàn)表4-〔，只有一個(gè)應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變的表達(dá)式為：4V

o i2

r (4－13〕2V)r〔彎曲橋路－并且應(yīng)變確定值相等，應(yīng)變的表達(dá)式為：2V Kr〔4－14〕對(duì)半橋電橋〔泊松比橋路，見(jiàn)表4-〔3受壓，應(yīng)變的表達(dá)式為：VK2rV

r對(duì)全橋電橋〔彎曲橋路，見(jiàn)表4-〔4應(yīng)變的表達(dá)式為：V Kr〔4－16〕對(duì)全橋電橋〔彎曲泊松比橋路，見(jiàn)表4-〔5，有四片應(yīng)變計(jì)，兩片一拉一壓，另兩片橫向一壓一拉，應(yīng)變的表達(dá)式為： 2Vr 〔4-17〕對(duì)全橋電橋〔泊松比橋路，見(jiàn)表46片相對(duì)的橫向受壓，應(yīng)變的表達(dá)式為：Kr

(1)〔4－18〕Vr用上述方法測(cè)量應(yīng)變，在試件沒(méi)有發(fā)生應(yīng)變時(shí)，先同時(shí)測(cè)量V和V，將比值〔Vi o oε／V〕存放在某一變量中，作為=0時(shí)的參考值；試件發(fā)生應(yīng)變后，應(yīng)變計(jì)電阻和〔Vεi

／V〕i也發(fā)生相應(yīng)變化，這時(shí)再同時(shí)測(cè)量Vo

和V，利用上述式〔4-12〕～〔4-18〕計(jì)算Vi

和應(yīng)變值ε。這種測(cè)量方法要求有一個(gè)精度高、區(qū)分率高的積分式電壓表。由于在計(jì)算應(yīng)變中只要用到測(cè)量時(shí)的電壓比值V／V，并不要求

保持恒定；所以，這種測(cè)量方法對(duì)電橋輸入電壓o i i的穩(wěn)定性要求不高。二、其他方法測(cè)量應(yīng)變位移方法應(yīng)變的定義是單位長(zhǎng)度上的變形〔拉伸、壓縮和剪切之間的相對(duì)位移來(lái)近似地表示兩點(diǎn)之間的平均應(yīng)變。設(shè)兩點(diǎn)之間的距離為〔稱為標(biāo)距，被測(cè)物體發(fā)生變形后，兩點(diǎn)之間有相對(duì)位移議，則在標(biāo)距內(nèi)的平均應(yīng)變?chǔ)艦棣?Δl/l 〔4-19〕式中，Δl是以兩點(diǎn)之間的距離增加為正，表示得到拉應(yīng)變，以削減為負(fù)，表示得到壓應(yīng)4-6為兩種常用測(cè)量應(yīng)變的位移方法，手持應(yīng)變儀和百分表應(yīng)變裝置。手持應(yīng)變儀常用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，適用于測(cè)量實(shí)際構(gòu)造的應(yīng)變，標(biāo)距為50～250mm，讀〔每邊各一個(gè)應(yīng)變儀的操作步驟為：①依據(jù)試驗(yàn)要求確定標(biāo)距，在標(biāo)距兩端粘結(jié)兩個(gè)腳標(biāo)〔每邊各一個(gè)；②構(gòu)造變形前，用手持應(yīng)變儀先測(cè)讀一次；③構(gòu)造變形后，再用手持應(yīng)變儀測(cè)讀；④變形前后的讀數(shù)差即為標(biāo)距兩端的相對(duì)位移，由此可求得平均應(yīng)變。百分表應(yīng)變裝置常用于實(shí)際構(gòu)造、足尺試件的應(yīng)變測(cè)量，其標(biāo)距可任意選擇，讀數(shù)可用百分表，還可用千分表、或其他電測(cè)位移傳感器。百分表應(yīng)變裝置的工作原理和操作步驟與手持應(yīng)變儀根本一樣。光測(cè)法除了應(yīng)變計(jì)和位移方法外，還可用光測(cè)法〔云紋法、激光衍射法、光彈法〕等測(cè)量應(yīng)變。在構(gòu)造試驗(yàn)中，光測(cè)法較多應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)或構(gòu)件的局部應(yīng)力分析。4．2．4力傳感器和壓力傳感器構(gòu)造試驗(yàn)中，力傳感器和壓力傳感器是用來(lái)測(cè)量對(duì)構(gòu)造〔試件〕的作用力〔荷載、4-7所示。這些傳感器的根本原理是用一彈性元件去感受力或壓力，這個(gè)彈性元件即發(fā)生與外力或壓力成相對(duì)應(yīng)關(guān)系的變形，用機(jī)械裝置把這些變形按規(guī)律進(jìn)展放大和顯示的即為機(jī)械式傳感器，用電阻應(yīng)變計(jì)把這些變形轉(zhuǎn)變成電阻變化然后再進(jìn)展測(cè)量的即為應(yīng)變式傳感器。此外，還有利用壓電效應(yīng)制成的壓電式傳感器。4-7幾種測(cè)力計(jì)及傳感器測(cè)量時(shí)，機(jī)械式傳感器為直讀儀器，可以直接從傳感器上讀到力值；應(yīng)變式傳感器應(yīng)與應(yīng)變儀或數(shù)據(jù)采集儀連接，從應(yīng)變儀上讀到應(yīng)變值再換算成力值或壓力值，也可由數(shù)據(jù)采集儀或通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀接入計(jì)算機(jī)，自動(dòng)換算成力值或壓力值輸出；壓電式傳感器應(yīng)與電荷放大器連接，然后再輸給記錄儀器等。4.2.5線位移傳感器線位移傳感器〔簡(jiǎn)稱位移傳感器〕可用來(lái)測(cè)量構(gòu)造的位移，包括構(gòu)造的反響和對(duì)構(gòu)造的作用、支座位移，它測(cè)到的位移是某一點(diǎn)相對(duì)另一點(diǎn)的位移、即測(cè)點(diǎn)相對(duì)于位移傳感器支架固定點(diǎn)的位移。通常把傳感器支架固定在試驗(yàn)臺(tái)或地面的不動(dòng)點(diǎn)上，這時(shí)所測(cè)到的位移表示測(cè)點(diǎn)相對(duì)于試驗(yàn)臺(tái)座或地面的位移。常用的位移傳感器有機(jī)械式百分表、電子百分表、滑阻式傳感器和差動(dòng)電感式傳感器，見(jiàn)圖4-8。它們的工作原理是用一可滑動(dòng)的測(cè)桿去感受線位移，然后把這個(gè)位移量用各種方法轉(zhuǎn)換成表盤(pán)讀數(shù)或各種電量。如機(jī)械式百分表，它用一組齒輪等把測(cè)桿的滑動(dòng)〔即位移〕轉(zhuǎn)換成指針的轉(zhuǎn)動(dòng)、即表盤(pán)讀數(shù)；電子百分表是通過(guò)彈簧把測(cè)桿的滑動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄔ诒須ど系膽冶坌×旱膹澢冃危儆脩?yīng)變計(jì)把這個(gè)彎曲變形轉(zhuǎn)變成應(yīng)變輸出；滑阻式傳感器是通過(guò)可變電阻把測(cè)桿的滑動(dòng)轉(zhuǎn)變成兩個(gè)相鄰橋臂的電阻變化，與應(yīng)變儀等接成惠斯登電橋，把位移轉(zhuǎn)換成電壓輸出；差動(dòng)式傳感器是把測(cè)桿的滑動(dòng)變成滑動(dòng)鐵芯和線圈之間的相對(duì)位移，并轉(zhuǎn)換成電壓輸出。當(dāng)位移值較大、測(cè)量要求不高時(shí)，還可用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀及直尺等進(jìn)展測(cè)量。4-8幾種常用的位移傳感器構(gòu)造原理圖4．2.6角位移傳感器常用角位移傳感器是附著在構(gòu)造上，隨構(gòu)造一起發(fā)生位移，測(cè)到的角位移一般都是以重力作用線〔鉛重線〕為參考。常用的角位移傳感器有水準(zhǔn)管式傾角儀、電阻應(yīng)變式傾角傳感器及DC－104-9。它們的工作原理是以重力作用線為參考，以感受元件相對(duì)于重力線的某一狀態(tài)為初值，當(dāng)傳感器隨構(gòu)造一起發(fā)生角位移后，其感受元件相對(duì)于重力線的狀態(tài)也隨之轉(zhuǎn)變，把這個(gè)相應(yīng)的變化量用各種方法轉(zhuǎn)換成表盤(pán)讀數(shù)或各種電量。如水準(zhǔn)管式傾角儀，用一長(zhǎng)水準(zhǔn)管作為感受元件，與微調(diào)螺絲和度盤(pán)協(xié)作，測(cè)量角位移；電阻應(yīng)變式傾角傳感器用梁式擺作為感受元件，由于擺的重力，擺上的梁將發(fā)生與角位移相應(yīng)DC-10水準(zhǔn)式角度傳感器用A，B之間和B，C之間的電阻發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變,把電極A，B和C接入測(cè)量電橋，就可以得到與角位移相對(duì)應(yīng)的電壓輸出。4.2．7裂縫測(cè)量?jī)x器構(gòu)造試驗(yàn)中，構(gòu)造或構(gòu)件的裂縫發(fā)生和進(jìn)展，裂縫的位置和分布，長(zhǎng)度和寬度，是反響構(gòu)造性能的重要指標(biāo)。特別是混凝土構(gòu)造、砌體構(gòu)造等脆性材料組成的構(gòu)造，裂縫測(cè)量是一項(xiàng)必要的測(cè)量工程。裂縫測(cè)量主要有兩項(xiàng)內(nèi)容：①開(kāi)裂，即裂縫發(fā)生的時(shí)刻和位置；②度量，即裂縫的寬和長(zhǎng)度。最常用的覺(jué)察開(kāi)裂的簡(jiǎn)便方法是借助放大鏡用肉眼觀看，為便于觀看可先在試件外表刷一層白色石灰漿或涂料。還可以用應(yīng)變計(jì)或?qū)щ娖崮?lái)測(cè)量開(kāi)裂，在測(cè)區(qū)〔圖4-10中，梁的受拉區(qū)〕連續(xù)搭接布置應(yīng)變計(jì)或?qū)щ娖崮?；?dāng)某處開(kāi)裂時(shí)，該處跨裂縫的應(yīng)變計(jì)讀數(shù)就消滅突變、或跨裂縫的漆膜就消滅火花直至燒斷，由此現(xiàn)象可以確定開(kāi)裂。另一種方法是利用材料開(kāi)裂時(shí)放射出聲能的現(xiàn)象，將傳感器布置在試件的外表或內(nèi)部，通過(guò)聲波的測(cè)量來(lái)確定開(kāi)裂。測(cè)量裂縫寬度通常用讀數(shù)顯微鏡〔圖4-1可以用印有不同寬度線條的裂縫標(biāo)尺〔圖4-12〕與裂縫比照來(lái)確定裂縫寬度；及用一組具有不同厚度的標(biāo)準(zhǔn)塞尺進(jìn)展試插，正好插入裂縫的塞尺厚度即為該裂縫的寬度。裂縫標(biāo)尺和塞尺的測(cè)量結(jié)果較粗略，但能滿足肯定的使用要求。4．2．8測(cè)振傳感器一、根本原理振動(dòng)參數(shù)有位移、速度和加速度，測(cè)量這些振動(dòng)參數(shù)的傳感器有很多種類。但由于振動(dòng)測(cè)量的特別性，如測(cè)量時(shí)難以在振動(dòng)體四周找到一個(gè)靜止點(diǎn)作為測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)，所以就需要使用慣性式測(cè)振傳感器。通常所指的測(cè)報(bào)傳感器即為慣性式測(cè)振傳感器〔以下簡(jiǎn)稱為測(cè)振傳感器。測(cè)振傳感器的根本原理為：由慣性質(zhì)量、阻尼和彈簧組成一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，這個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)固定在振動(dòng)體上〔即傳感器的外殼固定在振動(dòng)體上、與振動(dòng)體一起振動(dòng)；通過(guò)測(cè)量慣性質(zhì)量相對(duì)于傳感器外殼的運(yùn)動(dòng)，就可以得到振動(dòng)體的振動(dòng)〔圖41。由于這是一種非直接的測(cè)量方法，所以，這個(gè)傳感器動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力特性對(duì)測(cè)量結(jié)果具有很重要的影響。xxsin t0yYsin()00 t。。。。。感器的抱負(fù)狀態(tài)。當(dāng)n

Y接近于1時(shí)， 0 值隨阻尼值的變化而作很大的變化，這一X0 段的相位差 隨著n

的變化而變化，表示儀器測(cè)出的波形有畸變。當(dāng)n

較小、趨于零時(shí),

Y0 值也趨于零，表示傳感器難以反映所要測(cè)的振動(dòng)。所以，在設(shè)計(jì)和選擇測(cè)振傳感X0器時(shí)，應(yīng)使傳感器的固有頻率

與所測(cè)振動(dòng)的頻率相比盡可能小，即使盡可能大。但n n是，降低傳感器的固有頻率有時(shí)會(huì)有困難，這時(shí)可以適中選擇阻尼器的阻尼值來(lái)延長(zhǎng)傳感器的頻率下限。以上爭(zhēng)論是關(guān)于測(cè)量位移的傳感器，假設(shè)使傳感器的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所測(cè)振動(dòng)的頻可得：

4－2〔42〕nY X0 0

22n0所測(cè)振動(dòng)的加速度為：

dt2

X0

sint令am為所測(cè)振動(dòng)加速度的幅值，a X 2,由式〔428〕可知：m 0Y 1 a0 2 mn上式表示傳感器的位移幅值與被測(cè)振動(dòng)的加速度幅值成正比，這就是慣性式加速度傳感器的2工作原理。以 為橫坐標(biāo)，以Y n2

為縱坐標(biāo)，可得加速度傳感器的幅頻特性曲線 0 an m〔4-16〕.以上介紹的質(zhì)量、彈簧和阻尼系統(tǒng)是測(cè)報(bào)傳感器的感受局部，感受到振動(dòng)信號(hào)要通過(guò)各種轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換方式有磁電式、壓電式、電阻應(yīng)變式等。傳感器所測(cè)的振動(dòng)量通常是位移、速度和加速度等，按它們的轉(zhuǎn)換方式和所測(cè)振動(dòng)量可以分成很多種類，以下簡(jiǎn)要介紹磁電式速度傳感器和壓電式加速度傳感器。三、磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器是依據(jù)電磁感應(yīng)的原理制成的，其特點(diǎn)是靈敏度高，性能穩(wěn)定，輸出阻抗低，頻率響應(yīng)范圍有肯定寬度；調(diào)整質(zhì)量、彈簧和阻尼系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)，可以使傳感器既能測(cè)量格外微弱的振動(dòng)，也能測(cè)比較強(qiáng)的振動(dòng)。圖4-17與振動(dòng)體一起振動(dòng)；芯軸和線圈組成傳感器的系統(tǒng)質(zhì)量，通過(guò)彈簧片〔系統(tǒng)彈簧〕與殼體連接。振動(dòng)體振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)質(zhì)量與傳感器殼體之間發(fā)生相對(duì)位移，因此線圈與磁鋼之間也發(fā)生E的大小為E=Blnv式中，B為線圈所在磁鋼間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為每匝線圈的平均長(zhǎng)度，n為線圈匝數(shù)，v為線圈相對(duì)于磁鋼的運(yùn)動(dòng)速度，即系統(tǒng)質(zhì)量相對(duì)于傳感器殼體的運(yùn)動(dòng)速度。從上式可以看出，對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)Bln是常量，所以傳感器的電壓輸出〔既感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E〕是與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度V成正比。圖418為一擺式測(cè)振傳感器，它的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)動(dòng)的形式，因而可以獲得更低的儀器固有頻率。擺式傳感器可以測(cè)垂直方向和水平方向的振動(dòng)；它也是磁電式傳感器，輸出電壓與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比。磁電式測(cè)振傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)有：①傳感器質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的固有頻率它直接影響傳感器的頻率響應(yīng)。固有頻率取決于質(zhì)量的大小和彈簧的剛度。②靈敏度即傳感器在測(cè)振方向受到一個(gè)單位振動(dòng)速度時(shí)的輸出電壓。③頻率響應(yīng)當(dāng)所測(cè)振動(dòng)的頻率變化時(shí)，傳感器的靈敏度、輸出的相位差等也隨之變化，這個(gè)變化的規(guī)律稱為傳感器的頻率響應(yīng)。對(duì)于一個(gè)阻尼值，只有一條頻率響應(yīng)曲線。④阻尼 傳感器的阻尼與頻率響應(yīng)有很大關(guān)系，磁電式測(cè)振傳感器的阻尼比通常設(shè)計(jì)成0．5～0．7。磁電式傳感器輸出的電壓信號(hào)一般比較微弱，需要用電壓放大器進(jìn)展放大。四、壓電式加速度傳感器從物理學(xué)知道，一些晶體材料當(dāng)受到壓力并產(chǎn)生氣械變形時(shí)，在其相應(yīng)的兩個(gè)外表上消滅異號(hào)電行，當(dāng)外力去掉后，晶體又重回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電式加速度傳感器是利用晶體的壓電效應(yīng)而制成的，其特點(diǎn)是穩(wěn)定性高、機(jī)械強(qiáng)度高及能在很寬的溫度范圍內(nèi)使用，但靈敏度較低。圖4-19為壓電式加速度傳感器的構(gòu)造原理，壓電晶體片上是質(zhì)量塊，用硬彈簧將它們夾緊在基座上；質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的彈簧剛度由硬彈簧的剛讀和晶片的剛度組成，剛度很大，質(zhì)量塊的質(zhì)量很小，因而質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的固有頻率很高可達(dá)數(shù)千赫芝，高的甚至可達(dá) 100～200kHZ。由前面的分析可知，當(dāng)傳感器的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所測(cè)振動(dòng)的頻率時(shí)，質(zhì)量塊相對(duì)于外殼的位移就反映所測(cè)振動(dòng)的加速度；質(zhì)量塊相對(duì)于外殼的位移乘上晶體的剛度就是作用在晶體上的動(dòng)壓力，這個(gè)動(dòng)壓力與壓電晶體兩個(gè)外表所產(chǎn)生的電荷量〔或電壓〕成正比，因此我們可以通過(guò)測(cè)量應(yīng)電晶體的電行量來(lái)得到所測(cè)報(bào)動(dòng)的加速度。壓電式加速度傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如下①靈敏度 壓電式加速度傳感器有兩種形式的靈敏度，電荷靈敏度Sq〔Sq的單位是PC／g，PC是微微庫(kù)侖，g是重力加速度〕和電壓靈敏度S〔Sv的單位通常是m／g。傳感器靈敏度的大小取決于壓電晶體材料的特性和質(zhì)塊的質(zhì)量大小。傳感器幾何尺寸愈大亦即質(zhì)量塊愈大，靈敏度愈大，但使用頻率愈窄；傳感器體積減小亦即質(zhì)量塊減小，靈敏度也減小，但使用頻率范圍加寬。選擇壓電式加速度傳感器，要依據(jù)測(cè)試要求綜合考慮。②安裝諧振頻率f f 是指?jìng)鞲衅鹘Y(jié)實(shí)地〔用鋼螺栓〕裝在一個(gè)有限質(zhì)量m〔目前安 安國(guó)際上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是取體積為l立方英寸，質(zhì)量為180g〕的物體上的諧振頻率。壓電式加速度傳感器本身有一個(gè)固有諧振頻率，但是傳感器總是要通過(guò)肯定的方式安裝在振動(dòng)體上，這樣諧振頻率就要受安裝條件的影響。傳感器的安裝諧振頻率與傳感器的頻率響應(yīng)有親熱關(guān)系，不好的安裝方法會(huì)大大影響測(cè)試的質(zhì)量。③頻率響應(yīng)依據(jù)對(duì)測(cè)試精度的要求，通常取傳感器安裝諧振頻率的1/5~1/10為測(cè)量頻率的上限，測(cè)量頻率的下限可以很低，所以壓電式加速度傳感器的工作頻率很寬。④橫向靈敏度比即傳感器受到垂直于主軸方向振動(dòng)時(shí)的靈敏度與沿主軸方向振動(dòng)的靈敏度之比。在抱負(fù)的狀況下，傳感器的橫向靈敏度比應(yīng)等于零，即當(dāng)與主軸垂直方向振動(dòng)時(shí)不應(yīng)有信號(hào)輸出。⑤幅值范圍即傳感器靈敏度保持在肯定誤差大小〔通常在5%～10%〕時(shí)的輸入加速度幅值的范圍，也就是傳感器保持線性的最大可測(cè)范圍。壓電式加速度傳感器用的放大器有電壓放大器和電荷放大器兩種。記錄器4·3．1概況數(shù)據(jù)采集時(shí)，為了把數(shù)據(jù)〔各種電信號(hào)〕保存、記錄下來(lái)、以備分析處理，必需使用記錄器。記錄器把這些數(shù)據(jù)按肯定的方式、記錄在某種介質(zhì)上，需要時(shí)可以把這些數(shù)據(jù)讀出、或輸送給其他分析處理儀器。數(shù)據(jù)的記錄方式有兩種，模擬式和數(shù)字式。從傳感器〔或通過(guò)放大器〕傳送到記錄器的數(shù)據(jù)一般都是模擬量，模擬式記錄就是把這個(gè)模擬量直接記錄在介質(zhì)上，數(shù)字式記錄則是把這個(gè)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后再記錄在介質(zhì)上。模擬式記錄的數(shù)據(jù)一般都是連續(xù)的，數(shù)字式記錄的數(shù)據(jù)一般都是連續(xù)的。記錄介質(zhì)有一般記錄紙、光敏紙、磁帶和磁盤(pán)等，承受何種記錄介質(zhì)與儀器的記錄方法有關(guān)。常用的記錄器有X－Y記錄儀、光線示波器、磁帶記錄儀和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。4·3·2X－Y記錄儀X－YX－Y平面坐標(biāo)系中的曲線形式記錄在紙上，得到的是兩個(gè)試驗(yàn)變量的關(guān)系曲線，或某個(gè)試驗(yàn)變量與時(shí)間的關(guān)系曲線。4-20為X－Y記錄儀的工作原理，X，Y服馬達(dá)組成的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)滑軸和筆滑塊；用多筆記錄時(shí)，將Y軸系統(tǒng)作相應(yīng)增加，則可同時(shí)得到假設(shè)干條試驗(yàn)曲線。試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)變量1〔如某～個(gè)位移傳感器〕接通到X軸方向，將試驗(yàn)2〔如荷載傳感器〕接通到Y(jié)1X軸方向移動(dòng)、試驗(yàn)變量2Y軸方向移動(dòng)，移動(dòng)的大小和方向與信號(hào)全都，由此帶動(dòng)記錄筆在12的關(guān)系曲線。假設(shè)在X軸方向輸入時(shí)間信號(hào)，或使滑軸、或使坐標(biāo)紙沿X軸按規(guī)律勻速運(yùn)動(dòng)，就可以得到某一試驗(yàn)變量與時(shí)間的關(guān)系曲線。對(duì)X－Y記錄儀記錄的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展數(shù)據(jù)處理，通常需要先把模擬量的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)字化，用尺直接在曲線上量取大小，依據(jù)標(biāo)定值按比例換算得到代表試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)值。4·3．3光線示波器光線示波器也是一種常用的模擬式記錄器，主要用于振動(dòng)測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄，它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并記錄在感光紙或膠片上，得到的是試驗(yàn)變量與時(shí)間的關(guān)系曲線。圖4-21為光線示波器的工作原理，當(dāng)振動(dòng)的信號(hào)電流輸入振動(dòng)子線圈2時(shí)，在固定磁場(chǎng)3大小和方向與輸入的信號(hào)電流相對(duì)應(yīng)，光線射在前進(jìn)著的感光記錄紙上即留下所測(cè)信號(hào)的波形，與此同時(shí)在感光記錄紙上用頻閃燈8打上時(shí)間標(biāo)記。光線示波器可以同時(shí)記錄假設(shè)干條波形曲線，它還可以用于靜力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄。X－Y量取大小、依據(jù)標(biāo)定值按比例換算得到代表試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)值；關(guān)于時(shí)間的數(shù)值，可用記錄紙上的時(shí)間標(biāo)記接同樣方法進(jìn)展換算。4·34磁帶記錄儀磁帶記錄儀是一種常用的較抱負(fù)的記錄器，可以用于振動(dòng)測(cè)量和靜力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄，它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成磁信號(hào)并記錄在磁帶上，得到的是試驗(yàn)變量與時(shí)間的變化關(guān)系。磁帶記錄儀由磁帶、磁頭、磁帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、放大器和調(diào)制器等組成，它的原理見(jiàn)圖4-22。記錄時(shí)，從傳感器來(lái)的信號(hào)輸入到磁帶記錄儀，經(jīng)過(guò)放大器和調(diào)制器的處理，通過(guò)記錄磁頭把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成磁信號(hào)，記錄在以規(guī)定速度作勻速運(yùn)動(dòng)的磁帶上。重放時(shí)，使記錄有信號(hào)的磁帶按原來(lái)記錄時(shí)的速度〔也可以轉(zhuǎn)變速度〕作勻速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)重放磁頭從磁帶“讀出”磁信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器和調(diào)制器的處理，輸出給其他儀器。磁帶記錄儀的記錄方式有模擬式和數(shù)字式兩種，對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)展處理應(yīng)承受不同的方法。X－Y記錄儀、或光線示波器等，用前面所提A／D轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的數(shù)值。用數(shù)字式記錄的數(shù)據(jù)，可直接輸送給打印機(jī)打印輸出，或計(jì)算機(jī)等。磁帶記錄儀的特點(diǎn)是：①工作頻帶寬，可以記錄從直流到2MHz〔DC—2MHz〕的信號(hào)；②可以同時(shí)進(jìn)展多通道記錄，并能保持多通道信號(hào)之間正確的時(shí)間和相位關(guān)系；③可以快速記錄、慢速重放，或慢速記錄、快速重放，使數(shù)據(jù)記錄和分析更加便利；④通過(guò)重放，可以很便利地將磁信號(hào)復(fù)原成電信號(hào)，輸送給各種器。—88－44數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成〔掌握器〕局部。傳感器局部包括前面所提到各種電測(cè)傳感器，它們的作用是感受各種物理變量，如力、錢位移、角位移、應(yīng)變和溫度等，并把這些物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。一般狀況下，傳感器輸出的電信號(hào)可以直接輸入數(shù)據(jù)采集儀；假設(shè)某些傳感器的輸出信號(hào)不能滿足數(shù)據(jù)采集儀的輸入要求，則還要加上放大器等。數(shù)據(jù)采集儀局部包括：①與各種傳感器相對(duì)應(yīng)的接線模塊和多路開(kāi)關(guān)，其作用是與傳感器連接，并對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)展掃描采集；②A／D轉(zhuǎn)換器，對(duì)掃描得到的模擬量進(jìn)展A／D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；③主機(jī)，其作用是依據(jù)事先設(shè)置的指令或計(jì)算機(jī)發(fā)給的指令來(lái)掌握整個(gè)數(shù)據(jù)采集儀，進(jìn)展數(shù)據(jù)采集；④儲(chǔ)存器，可以存放指令、數(shù)據(jù)等；⑤其他關(guān)心部件。數(shù)據(jù)采集儀的作用是對(duì)全部的傳感器通道進(jìn)展掃描，把掃描得到的電信號(hào)進(jìn)展A／D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再依據(jù)傳感器特性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展傳感器系數(shù)換算〔如把電壓數(shù)換算成應(yīng)變或溫度，等等，然后將這些數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，或者將這些數(shù)據(jù)打印輸出、存入磁盤(pán)。計(jì)算機(jī)局部包括：主機(jī)，顯示器，存儲(chǔ)器，打印機(jī)，繪圖儀和鍵盤(pán)等。計(jì)算機(jī)的主要作用是作為整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的掌握器，掌握整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程。在采集過(guò)程中，通過(guò)數(shù)據(jù)采集程序的運(yùn)行，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)展掌握；計(jì)算機(jī)還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展計(jì)算處理，實(shí)時(shí)打印輸出和圖象顯示及存入磁盤(pán)文件。計(jì)算機(jī)的另一個(gè)作用是在試驗(yàn)完畢后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)展快速采集、處理、分析、推斷、報(bào)警、直讀、繪圖、儲(chǔ)存、試驗(yàn)掌握和人機(jī)對(duì)話等，還可以進(jìn)展自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和試驗(yàn)掌握，它的采樣速度可高達(dá)每秒幾萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)或更多。目前國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的種類很多，按其系統(tǒng)組成的模式大致可分為以下幾種：大型專用系統(tǒng)將采集、分析和處理功能溶為一體，具有特地化、多功能和高檔