1、第四章 試驗(yàn)量測技術(shù)與量測儀表,一、概述 1、在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，當(dāng)試件受到的內(nèi)、外部作用(如力、位移、溫度等)，試件必定有反應(yīng)(如應(yīng)變、應(yīng)力、裂縫、位移、速度、加速度等)。 通過對“作用”與“反應(yīng)”的量測（采集數(shù)據(jù)），經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理，能了解試件的工作特性，對結(jié)構(gòu)的性能做出定量的評(píng)價(jià)。 采用正確的量測方法，選用可靠的量測儀器設(shè)備，采集到準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)。這就是所謂的試驗(yàn)量測技術(shù)。 由此可以看出對試驗(yàn)（研究）人員的基本要求是： 依據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，用以往所學(xué)的知識(shí)（如力學(xué)、鋼砼、鋼結(jié)構(gòu)），確定在什么位置施加作用、測什么參數(shù)。,對有關(guān)的量測儀表的原理、功能、使用技術(shù)有所了解（這樣能正確的選用、使用儀器設(shè)備）。

2、 用以往所學(xué)知識(shí)，對獲取的量測數(shù)據(jù)能分析總結(jié)并對其可靠性要有論斷。 二、量測儀表的基本概念 P41-42 1、量測儀表的組成：感受部分、放大部分、顯示記錄部分。其中： 感受部分：從測點(diǎn)處獲得被測信號(hào)（應(yīng)變、位移、電壓）并傳給放大部分的儀器。一般它與試件是接觸的。 放大部分：把感受信號(hào)通過各種原器件（杠桿、齒輪、電壓、電流、電荷、電感、棱鏡等）轉(zhuǎn)換放大后傳給顯示記錄部分的儀器。 顯示記錄部分：把放大部分傳來的信號(hào)通過指針或數(shù)碼管或存儲(chǔ)器或 磁帶記錄機(jī)等進(jìn)行指示、顯示或記錄。,2、量測儀表的計(jì)量（測讀）原理 偏位測定法：利用量測儀器在面板上產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)定出被測值，如手表、百分表等。 零位測定法：用已

3、知標(biāo)準(zhǔn)量抵消未知物理量，如：天秤、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。 由于面板刻度精確度不可能做得很高，故零位法比偏位法量測更精確，特別是電信號(hào)經(jīng)放大更是如此。 3、量測儀器的主要指標(biāo) （P41-42） 1）量程：儀器能測量的最大與最小輸入量之間的范圍稱為儀器的量程或量測范圍。 2）刻度值：儀器指示裝置的最小刻度所指示的測量數(shù)值。 3）分辨率：使儀器指示值發(fā)生變化的最小輸入值。,4）靈敏度K：單位輸入量所引起的儀表指示值的變化。K=輸出/輸入。 對于不同物理量的量測儀器，其靈敏度的單位各不相同，如百分表的靈敏度單位是mm/mm。使用時(shí)應(yīng)查對其說明書。 所選用的儀器在量測范圍內(nèi)，K要為常數(shù)，即K的輸出特性曲線為直

4、線。 5）精確度：是指儀表指示值與被測真值的符合程度，簡稱精度。常以最大量程時(shí)的相對誤差來表示 。例如，一臺(tái)精度為0.2級(jí)的儀表，意思是測定值的誤差不超過最大量程的0.2。即測定值的最大誤差量程0.2. 6）滯后：儀器的輸入量從起始值增至最大值的測量過程稱為正行程；（輸入量由最大值減至起始值的測量過程稱為反行程。）同一輸入量正反兩個(gè)行程輸出值間的偏差稱為滯后。常以滿量程中的最大滯后值與滿量程輸出值之比表示。如下圖：,7）零位溫漂和滿量程熱漂移： 指溫度不為20時(shí)，儀器在零位和滿量程時(shí)輸出隨溫度的變化情況。一般每臺(tái)儀器都有一溫漂曲線，用該曲線對測試環(huán)境的溫度進(jìn)行修正。 動(dòng)力作用量測儀表： 8）線

5、性范圍（動(dòng)）： 保持儀器的輸入量和輸出信號(hào)為線性關(guān)系時(shí)，輸入量的允許變化范圍。在動(dòng)態(tài)量測中，所選用的儀器一定是在線性范圍內(nèi)工作，否則會(huì)使量測結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。,9）頻響特性（動(dòng)）： 儀器在不同頻率下，靈敏度的變化特性。常以頻響曲線(一般以對數(shù)頻率值為橫坐標(biāo)，以相對靈敏度為縱坐標(biāo))表示。在進(jìn)行高頻動(dòng)態(tài)量測時(shí)，應(yīng)將使用頻率限制在頻響曲線的平坦部分以免引起過大的量測誤差。對于傳感器，提高其自振頻率將有助于增加使用頻率范圍。 10）相移特性（動(dòng)）： 振動(dòng)參量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或經(jīng)放大、記錄后在時(shí)間上產(chǎn)生的延遲叫相移。若相移特性隨頻率而變化，則對于具有不同頻率成分的復(fù)合振動(dòng)將會(huì)引起輸出電量的相位失真

6、。常以儀器的相頻特性曲線來表示其相移特性。在使用頻率范圍內(nèi)，輸出信號(hào)相對于輸入信號(hào)的相位差應(yīng)不隨頻率改變而變化。 此外，由傳感器、放大器、記錄器組成的整套量測系統(tǒng)，還需注意儀器相互之間的阻抗匹配及頻率范圍的配合等問題。,4、數(shù)據(jù)的量測方法：直接測量法和間接測量法 直接測量法：用一個(gè)事先按照標(biāo)準(zhǔn)量分度的測量儀表對某一被測的量進(jìn)行直接測定，從而得出該量的數(shù)值。如用尺量長度 間接測量法：不直接測量待求量X，而是對與待求量X有確切函數(shù)關(guān)系的其他物理量Y1，Y2，Yn的值進(jìn)行直接測量，然后通過已知函數(shù)關(guān)系式求待求量X的值，即X=F(Y1，Y2，Yn)。如量應(yīng)力 5、儀器設(shè)備的率定： 對率定時(shí)間要求：按國

7、家計(jì)量有關(guān)規(guī)定，對外用的儀器設(shè)備每年將率 定或 計(jì)量一次，否則數(shù)據(jù)不具備法律效力；儀器大修后或長期未使 用的；在重要試驗(yàn)開始前（試驗(yàn)室有率定設(shè)備的自己可率定）。,目的：減小系統(tǒng)誤差 方法： 在專門的率定設(shè)備上進(jìn)行采用和被率定儀器同一等級(jí)的“標(biāo)準(zhǔn)”儀器進(jìn)行比較利用標(biāo)準(zhǔn)試件率定儀器,6、儀表選用原則（P42） 量程及精度要求 最大量測值不超過2/3量程 最小刻度不大于被測值的5% 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)：線性范圍、頻響特性及相頻特性 不影響結(jié)構(gòu)的工作 自重、體積及夾具 儀器儀表種類盡量少，精度要相配 考慮環(huán)境情況,1、應(yīng)力量測實(shí)際上就是應(yīng)變量測，這是因?yàn)?（彈）或通過,曲線,（非彈）求得。,=L/L（平均應(yīng)變）

8、 L：標(biāo)距 2、L取法： 混凝土：最大卵石粒徑的23倍 磚石：大于4皮磚石 木材：20cm 鋼材：小標(biāo)距（視應(yīng)力梯度而定） 3、應(yīng)變測量工具： 電阻應(yīng)變片 接觸式引伸儀（手持式應(yīng)變儀、應(yīng)變裝置、雙杠桿應(yīng)變儀 ）,（一）、概述,三、應(yīng)變（應(yīng)力）量測,（二）、常用的應(yīng)變機(jī)測儀表,圖3.2.1 手持式應(yīng)變儀,1手持式應(yīng)變儀（hand-held strain gauge）P43-44 圖3.2.1為手持式應(yīng)變儀，為主要由兩片彈簧鋼片連接兩個(gè)剛性骨架組成，兩個(gè)骨架可作無摩擦的相對運(yùn)動(dòng)。骨架兩端帶有錐形插腳，測量時(shí)將插腳插入結(jié)構(gòu)表面上預(yù)置的腳座中，結(jié)構(gòu)表面上的兩個(gè)預(yù)置腳座之間的距離為測量標(biāo)距。試件的應(yīng)變由

9、裝在骨架上的千分表讀出。,2千分表測應(yīng)變裝置（micro dial gauge）P43-44 圖3.2.2是一個(gè)自制的應(yīng)變測量裝置，它有兩個(gè)粘貼在試件上的腳座，分別固定千分表和剛性桿，測量標(biāo)距可通過調(diào)節(jié)剛性桿任意確定。構(gòu)件伸長（縮短）量由千分表讀出，除以標(biāo)距即算得應(yīng)變。 它的特點(diǎn)是裝置構(gòu)造簡單，廉價(jià)；測量精度較高；可重復(fù)利用；由于腳座較長，不適合測量有彎曲變形的構(gòu)件。,圖3.2.2 自制應(yīng)變測量裝置 1-千分表 2-腳座 3-剛性桿,3、杠桿應(yīng)變儀 用專門的夾具把它固定在被測件上，當(dāng)測點(diǎn)纖維變形帶動(dòng)活動(dòng)刀口運(yùn)動(dòng)推動(dòng)杠桿放大（放大倍數(shù)約1000倍），刻度值1mm，實(shí)際相當(dāng)于0.001mm。 （三

10、）、應(yīng)變電測法 P44 - 48,1、電阻應(yīng)變片工作原理：,：是電阻絲發(fā)生單位應(yīng)變時(shí)引起電阻率的變化；對選定的電阻絲而言，是常量。即K是常量。,2、電阻應(yīng)變片構(gòu)造和性能,敏感柵：由電阻絲繞成 基底和蓋層：保護(hù)、絕緣?；壮叽绱響?yīng)變片的外形尺寸 粘結(jié)劑（粘貼電阻絲） 引出線,、構(gòu)造,、分類 按材料： 金屬電阻應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片（靈敏度高，頻響好，可做成超小型但溫度系數(shù)大） 按生產(chǎn)工藝 金屬絲式應(yīng)變片（便宜） 絲繞式（U型） 短接型（H型、無橫向效應(yīng)） 箔式應(yīng)變片（真反、蠕變小、抗疲、散熱、靈高） 薄膜應(yīng)變片（耐高溫800-1000度） 按敏感柵形狀 單軸 多軸（應(yīng)變花）,、技術(shù)性能 標(biāo)距 敏

11、感柵在縱軸方向的有效長度 規(guī)格 LB 電阻值 120 靈敏系數(shù) K（2.0） 應(yīng)變極限：與材料和制作、粘貼用膠有關(guān)（13%）L 機(jī)械滯后: 溫漂：溫度不變，應(yīng)變隨時(shí)間的變化值； 蠕變：溫度、荷載不變，應(yīng)變隨時(shí)間的變化值； 絕緣電阻：指絲與基底間的電阻值； （50M ) 橫向靈敏系數(shù)（在垂直主軸方向應(yīng)變的響應(yīng)程度） 、溫度適用范圍（取決于膠）、溫度特性（熱輸出）、頻響特性 詳見電阻片說明書,3、電阻應(yīng)變儀的測量電路,應(yīng)變儀種類（根據(jù)工作頻率范圍）： 靜態(tài)應(yīng)變儀（零位測量法） 動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀（偏位測量法） 電阻應(yīng)變儀組成： 測量電路 放大器 相敏檢波器 電源 測量電路的作用：電阻變化電流（電壓）變化

12、惠斯登電橋 電位計(jì),（1）惠斯登電橋,（平衡狀態(tài),儀器顯示為零 ）,（全橋）,對于半橋：,CD、AD橋臂為儀器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)固定電阻，R=0,用懸梁舉例“布片”,（2）接橋的橋路類型： 半橋：ABC半邊橋臂上，分別接工作片，另外半邊橋臂ADC，分別接儀器內(nèi)部的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)精密固定電阻； 全橋：四個(gè)臂上，分別接入應(yīng)變片； 橋：AB橋臂上接工作片，BC接溫度補(bǔ)償片； （3）溫度補(bǔ)償技術(shù) 溫度效應(yīng)的產(chǎn)生：試件與應(yīng)變片同時(shí)受溫度作用，但二材料的線膨脹系數(shù)不同，故會(huì)產(chǎn)生附加的溫度應(yīng)變； 消除溫度效應(yīng)常用方法： 溫度補(bǔ)償片法（1/4橋） 工作片互補(bǔ)法；,所謂溫度補(bǔ)償片（消除溫度效應(yīng)的電阻片）： 對于1/4橋該片僅

13、受溫度作用且粘貼的材料與工藝和工作片相同，必須放在相同的溫度場中。 對于半、全橋量測：臨橋上的電阻片即是工作片又是補(bǔ)償片，稱為互補(bǔ)償，此法不適合砼等非均勻材料的量測。這是因?yàn)椋涸诜菑椥噪A段，相同力在不同點(diǎn)（彈與塑）產(chǎn)生的應(yīng)變不一樣。,橋一片補(bǔ)償片可進(jìn)行單點(diǎn)或多點(diǎn)補(bǔ)償 一個(gè)應(yīng)變片多點(diǎn)補(bǔ)償工作片的數(shù) 鋼結(jié)構(gòu)：20個(gè) 混凝土：10個(gè),零位讀數(shù)法 精確 與電壓無關(guān) 誤差來源： 接觸電阻 導(dǎo)線電阻 電橋中的電容、電感 右圖只要在滑線電阻上標(biāo)出應(yīng)變刻度，即可讀取使電流計(jì)平衡的電阻片量測值,（4）儀器的測讀方法,雙電橋橋路： 一個(gè)連接電阻應(yīng)變片的測量電橋； 一個(gè)能輸出與測量電橋變化相反的讀數(shù)電橋，讀數(shù)電橋的

14、橋臂由可以調(diào)節(jié)的精密電阻組成； 當(dāng)試件發(fā)生變形，測量電橋失去平衡，撿流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)讀數(shù)電橋的電阻，使其產(chǎn)生一個(gè)與測量電橋大小相等、方向相反的量，使指針重新指向零。,（四）、 電阻應(yīng)變片的使用技術(shù),1、應(yīng)變計(jì)的粘貼技術(shù) 應(yīng)變片檢查分選（缺陷、阻值0.5） 測點(diǎn)處理 應(yīng)變計(jì)粘貼（粘貼劑見表5-1） 固化處理 粘結(jié)質(zhì)量檢查 導(dǎo)線連接 防潮防護(hù)（防潮劑見表5-2）,2、電阻應(yīng)變片測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：,1）應(yīng)變片尺寸小、重量輕，安裝方便。,2）測量靈敏度與精度高,3）測量應(yīng)變的范圍廣。,4）可測量應(yīng)力梯度較大的構(gòu)件的應(yīng)變,可量應(yīng)變大,點(diǎn)應(yīng)變,5）頻率響應(yīng)好。,可測動(dòng)應(yīng)變,6）可測量特殊環(huán)境下的應(yīng)變。

15、,7）可以實(shí)行測量結(jié)果的數(shù)字化和計(jì)算機(jī)處理。,8）可以制成各種傳感器。,注意：,、只能測量構(gòu)件表面的應(yīng)變。,、應(yīng)變片的測量值反映的是敏感柵下所覆蓋面積下的平均值,、是局部測量。,（逐點(diǎn)測量）,（全場測量：光彈性法。）,3、橋路接法舉例 ：,采用不同的接橋方法可以達(dá)到以下目的： 橋接法：消除溫度產(chǎn)生的應(yīng)力、省電阻片、省粘貼工作量 半橋和全橋接法： 消除溫度產(chǎn)生的應(yīng)力；消除不利因素（作用）影響；提高測量精度（增大橋臂輸出系數(shù)）。 例：桿件受拉、彎（設(shè)上邊受拉）。在構(gòu)件的上下表面各貼一片電阻片R1和R2，在和試件相同的材料上貼溫度補(bǔ)償片R3和R4，并把補(bǔ)償片置在相同的溫度場當(dāng)中。 R1接AB橋，R2

16、接BC橋，半橋測量結(jié)果為：,由此可以看出：消除了溫度和軸力N的影響，增大了橋臂系數(shù)，即橋臂系數(shù)由1變成了2。 同理在AB橋接R1，BC橋接R2，DC橋R3，AD橋接R4的全橋測量，結(jié)果為： R1 、R2接AB橋，接BC橋接R3、R4，半橋測量結(jié)果為：,A、B、C見表6-3,4、應(yīng)變花,5、（應(yīng)變）測點(diǎn)的布置原則,（1）在滿足研究目的時(shí)，測點(diǎn)宜少不宜多，突出重點(diǎn)。如對于對稱結(jié)構(gòu)只要在半跨上布置測點(diǎn)，在另半跨上重要位置布點(diǎn)較核 。 （2）測點(diǎn)布置在最危險(xiǎn)截面（控制截面）的內(nèi)力最大處，且電阻片的數(shù)量所求內(nèi)力參數(shù)的個(gè)數(shù) 。 （3）為校核量測數(shù)據(jù)，或消除幾何彎曲造成的偏心影響，一般在截面的對稱點(diǎn)布置一定

17、數(shù)量的電阻片 。 （4）為校核測量儀器，可在儀器上接試件的不受力處的應(yīng)變片。 （5）雙向受力的板殼結(jié)構(gòu)，要測取主應(yīng)力的大小和方向，可在測點(diǎn)處貼電阻應(yīng)變花 。 （6）測點(diǎn)布置對試驗(yàn)工作要方便、安全。所謂方便指：盡量使測點(diǎn)集中，以節(jié)省儀設(shè)布置等的試驗(yàn)工作量。所謂安全指：避免因試件破壞時(shí)損傷人員及儀設(shè)，因此要有保護(hù)措施和對策。,6、光測法測應(yīng)變,光測法主要包括光彈性法、云紋法、全息干涉法、激光散斑干涉法等。 光彈法：是用光彈性材料制成試件的相似模型，模型受作用后當(dāng)用偏振光照射時(shí)，模型上呈現(xiàn)出與應(yīng)力相關(guān)聯(lián)的條紋圖，如圖522所示。根據(jù)觀測到的條紋圖，可以直接確定模型各點(diǎn)處主應(yīng)力差和主應(yīng)力方向，應(yīng)用彈性

18、力學(xué)的基本方程，輔以適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)分析，可以確定模型表面和內(nèi)部的任一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)，然后應(yīng)用相似理論轉(zhuǎn)換成為原型構(gòu)件的應(yīng)力。 特點(diǎn)：應(yīng)力分布明確、集中系數(shù)能直接測定。,四、位移量測,位移是試件受作用后最直觀反映，它概括了結(jié)構(gòu)總的工作性能。通過位移的測定：可了解試件剛度及其變化；區(qū)分試件彈性與非彈性性質(zhì)；試件任何部位的異常變形或局部損壞都會(huì)在位移上得到反映。 量測內(nèi)容：撓度、節(jié)點(diǎn)的相對位移，轉(zhuǎn)動(dòng)（懸臂構(gòu)件根部或扭轉(zhuǎn)位移）、支座的變位、試件平面外的變形、壓縮變形。 量測儀器： 1機(jī)械式百分表和千分表 2張拉式位移傳感器 3電阻應(yīng)變式位移傳感器 4滑動(dòng)電阻式位移傳感器 5線性差動(dòng)電感式位移傳感器,機(jī)械式百分

19、表,張拉式位移傳感器,角位移量測,1）機(jī)械式，見圖3-21 2）電子式：電子傾角儀（應(yīng)變片 式、電極式） 3）光學(xué)式：水準(zhǔn)式傾角儀 （精度達(dá)1，量程可達(dá) 3度）,其它變形的量測,測點(diǎn)布置位置及數(shù)量：,1）二支座：目的是量測支座鐵板之間的間隙與支座基礎(chǔ)的沉降，或量測支座水平位移； 2）特征點(diǎn)下：包括位移最大處如跨中、懸臂（端點(diǎn)和根部轉(zhuǎn)角），位移突變處（如集中荷載處、屋架節(jié)點(diǎn)處等），這樣做的目的是能較準(zhǔn)確地確定或繪制試件撓曲線。 3）對于雙向板，空間殼沿二跨度方向或主曲率方向布置（每一方向不少于5點(diǎn)）； 4）布點(diǎn)數(shù)量：一般每一方向不少于5點(diǎn)（支座、跨中、特征點(diǎn)下）跨度大于6m可適當(dāng)增加，寬度大于6

20、00的構(gòu)件沿邊緣布置二排（目的是防止轉(zhuǎn)動(dòng)變形造成單排量測失真）。,雙向板及空間薄殼等雙向受力結(jié)構(gòu)的撓度應(yīng)沿兩個(gè)跨度方向或主曲率方向的跨中或撓度最大的部位布置測點(diǎn)；,測量撓曲線時(shí)，至少布置5個(gè)位移計(jì) 板殼：雙向布置,五、裂縫量測：裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展對研究結(jié)構(gòu)的破壞過程及結(jié)構(gòu)的變形性能都十分重要；確定開裂荷載、某級(jí)荷載下裂縫寬度。,裂縫出現(xiàn)的判斷方法： 1肉眼觀察：最常用的方法是在試件表面涂白石灰水并待其干燥，試件受荷后，便會(huì)在石灰涂層表面留下裂縫，借助放大鏡用肉眼觀察裂縫的出現(xiàn)； 2貼應(yīng)變片：利用粘貼在混凝土受拉區(qū)的電阻應(yīng)變片，當(dāng)混凝土開裂時(shí)，如果裂縫貫穿電阻應(yīng)變片，該應(yīng)變片的讀數(shù)突變，從而可以判

21、斷開裂部位； 3涂導(dǎo)電漆膜：在混凝土試件受拉區(qū)表面涂上一種專用導(dǎo)電漆膜，干燥后兩端接入電路。當(dāng)混凝土裂縫寬度達(dá)到0.0010.005時(shí)，導(dǎo)電漆膜會(huì)出現(xiàn)火花直至燒斷，以此判斷裂縫出現(xiàn),4超聲波檢測（ultrasonic inspection）：基于發(fā)聲原理，采用聲傳感器捕捉材料開裂時(shí)發(fā)射聲能所形成的聲波，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換后，識(shí)別裂縫出現(xiàn)的部位，但是不能準(zhǔn)確確定位置。 裂縫寬度量測儀器 ： 1讀數(shù)顯微鏡（microscope）：圖3.5.1為讀數(shù)顯微鏡的構(gòu)造示意圖，讀數(shù)鼓輪上標(biāo)有刻度，旋動(dòng)讀數(shù)鼓輪，使鏡內(nèi)長線分別處于裂縫量測邊緣并讀出兩次刻度值。兩次讀數(shù)差即為裂縫寬度。 2裂縫讀數(shù)卡（crack rea

22、ding chart）圖3.5.2給出了用印有許多寬度不同線條的裂縫讀數(shù)卡示意圖，其寬度為標(biāo)準(zhǔn)寬度，將標(biāo)準(zhǔn)寬度線條與裂縫放在一起，用放大鏡比照以量測裂縫寬度。位置不準(zhǔn)確。,最大裂縫寬度的量測位置 ：,1）垂直裂縫：在主筋高度（位置）處量測； 2）斜裂縫：在裂縫與箍筋、彎起筋交匯處量取。 裂縫的繪制 1）在試驗(yàn)進(jìn)程中：當(dāng)出現(xiàn)裂縫以后，在裂縫旁邊用臘筆畫一條與之相似的“裂縫”，并在“裂縫”頂部打一橫線，標(biāo)上荷載的大小或荷載的級(jí)數(shù)。目的是：知道裂縫隨荷載的變化情況；卸荷后方便繪制裂縫圖或拍照； 2）裂縫圖的繪制方法：因事先在試件上畫好了一定寬度的格子，在紙上只要按一定比例繪好格子，根據(jù)裂縫在試件上出

23、現(xiàn)的位置，在紙上繪出。 力值量測 （1）量測內(nèi)容：施加荷載、支反力、風(fēng)力、土壓力、張拉力、油壓力等。 （2）力傳感器量測原理：傳感器受作用后，其內(nèi)部的彈性原件發(fā)生變形，量測該變形或頻率，再由變形或頻率與力的關(guān)系換算成力（詳見說明書）。,常見測力傳感,六、振動(dòng)參量的量測,量測內(nèi)容：振幅、頻率、相位和阻尼，是振動(dòng)參量量測的量基本參數(shù)，其它參量均由此構(gòu)成。 量測設(shè)備組成： 感受部份（又稱拾振器、測振傳感器）、放大部份、顯示記錄三部份組成。 其中： 拾振器是將試件的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的敏感元件。 放大部分：除把采集的信號(hào)放大外，還可對信號(hào)進(jìn)行積分、微分、濾波和A/D轉(zhuǎn)換處理（后二項(xiàng)功能可見儀器說

24、明書）。 顯示記錄部分：不但要顯示記錄振動(dòng)參數(shù)的大小量級(jí)，還需要記錄這些參數(shù)隨時(shí)間歷程變化的全部數(shù)據(jù)資料 。,拾振器的基本原理,由于振動(dòng)具有傳遞作用，做動(dòng)力試驗(yàn)時(shí)很難找到一個(gè)靜止點(diǎn)作為測振的基準(zhǔn)點(diǎn)。為此，必須在測振儀器內(nèi)部設(shè)置慣性質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，建立一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。這樣的拾振器稱為“慣性式”拾振器，其力學(xué)模型如圖,x：振動(dòng)體相對于固定參考坐標(biāo)的位移； ：質(zhì)量塊m相對于儀器外殼的位移； c：阻尼系數(shù)； k：彈簧剛度（其質(zhì)量相對m來說可以忽略不計(jì)）； ：阻尼比， ：質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的固有頻率，,拾振器的力學(xué)模型 1拾振器；2振動(dòng)體,幅頻特性曲線,當(dāng) 時(shí)，為位移計(jì),當(dāng)測定位移的精度要求較高時(shí)，頻率比可取其上限

25、,對于精度為一般要求的振幅測定，可取,對無阻尼或小阻尼的頻率下限可取,上限,下限,時(shí),建筑物自振頻率為13Hz，為了滿足要求，必須加大慣性質(zhì)量（使 ?。?，因此，一般位移拾振器的體積較大也較重，使用時(shí)對被測系統(tǒng)有一定影響，特別對于一些質(zhì)量較小的振動(dòng)體就不太適用，必須尋求另外的解決辦法,當(dāng) 時(shí)，為速度計(jì),上面兩式可見，拾振器反應(yīng)的示值與振動(dòng)體的速度成正比,設(shè)計(jì)速度計(jì)，要求 很大，使相頻特性曲線的線性度很差，因而對含有多頻率成分波形的測試失真也較大。 速度拾振器的可用頻率范圍非常狹窄，因而在工程中很少使用,缺點(diǎn),阻尼比愈大，拾振器輸出靈敏度愈低,當(dāng),時(shí),=0.60.7時(shí)，由于幅頻曲線接近于直線，所以

26、相頻與頻率比成正比，波形不會(huì)出現(xiàn)畸變；否則，將出現(xiàn)與頻率比成非線性關(guān)系的相位差。,加速拾振器的幅頻特性曲線,綜上所述： 位移計(jì)適用于頻率比 的情況這時(shí)相位滯后一個(gè)角度； 加速度計(jì)適用于頻率比 1的情況，其相位超前于被測頻率。 應(yīng)當(dāng)注意： 拾振器的理論分析是根據(jù)單自由度體系受迫振動(dòng)理論得出的，而在分析過程中又將系統(tǒng)的自由振動(dòng)分量忽略，只考慮了強(qiáng)迫振動(dòng)部分，因此，這種分析只適用于穩(wěn)態(tài)的周期性振動(dòng)的測量。對于受沖擊和瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)測量系統(tǒng)，自由振動(dòng)部分不應(yīng)忽略。,拾振器量測參量的能力轉(zhuǎn)換 拾振器除正確反映振動(dòng)體的振動(dòng)外，尚應(yīng)不失真地將位移、速度及加速度等振動(dòng)參量轉(zhuǎn)換為電量，以便用電子儀器量測。,轉(zhuǎn)換方式：

27、 磁電式（感應(yīng)式速度傳感器，體重、頻率窄） 壓電式（體小、輕，自振頻率高，模型試驗(yàn)） 電阻應(yīng)變式（低頻性能好） 電容式（抗干擾強(qiáng)，低頻好能測0hz的加速度值） 光電式 熱電式 電渦流式,1）磁電式速度傳感器,擺式測振傳感器 1-外殼；2-磁鋼；3-重錘；4-線圈; 5-十字簧片；6-彈簧；7-輸出線,組成如圖 原理：線圈切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E，其大小正比于切割磁力線的線圈匝數(shù)； E=B nv,式中： B為磁力線強(qiáng)度； 為每匝線圈的平均長度；n為線圈的匝數(shù)；v為線圈相對于磁鋼(或外殼)的線速度。 主要技術(shù)指標(biāo)：（詳見表55） 固有頻率：0.5100hz；自重：約50N；,磁電式振動(dòng)傳感器的

28、特性： 磁電式振動(dòng)傳感器是慣性式傳感器，不需要靜止點(diǎn)的基準(zhǔn)參考，可直接裝在被測體上。 傳感器是發(fā)電型傳感器，工作時(shí)可不加電壓，直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能（電壓）輸出。 速度傳感器的輸出電壓正比于速度信號(hào)Ev，便于直接放大。 輸出阻抗低，對后置電路要求低，干擾小。,2）壓電式加速度傳感器,1.外殼； 2.硬彈簧 3.質(zhì)量塊; 4.壓電晶體 5.輸出端,構(gòu)造及力學(xué)模型如圖 原理：利用晶體的壓電效應(yīng)把振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換成電荷量。 K很大，C 、m很小使 達(dá)100-200kHz，當(dāng)被測物體的頻率 時(shí)，質(zhì)量塊相對于儀器外殼的位移就反映所測振動(dòng)的加速度值。,壓電式加速度傳感器具有動(dòng)態(tài)范圍大（可達(dá) g），頻率范圍寬（可達(dá)36KHz)，重量輕(約10克），體積小等特點(diǎn)。其主要技術(shù)指標(biāo)有：靈敏度、安裝