測(cè)試應(yīng)變儀器

測(cè)試應(yīng)變儀器第1頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、應(yīng)變儀的發(fā)展交流載波式應(yīng)變儀，數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀(60-70年代)多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)采集速度/采集容量/處理能力大的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(模擬集成電路技術(shù)),數(shù)據(jù)采集儀、快速數(shù)據(jù)采集儀數(shù)字波形記錄儀(爆炸/導(dǎo)彈等)多點(diǎn)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀第2頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)變儀若按其放大器的工作原理可分為兩類(lèi)直流放大式應(yīng)變儀交流載波放大式應(yīng)變儀。若按頻率響應(yīng)范圍來(lái)分，可分為靜態(tài)電阻應(yīng)變儀動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀第3頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月靜態(tài)電阻應(yīng)變儀此類(lèi)應(yīng)變儀專(zhuān)測(cè)量不隨時(shí)間變化或變化極緩慢的應(yīng)變而用動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀此類(lèi)應(yīng)變儀是用來(lái)測(cè)量周期性或非周期性隨時(shí)間而變化的應(yīng)變。其測(cè)量方式為單橋偏位法，亦即應(yīng)變儀將應(yīng)變電橋的輸出電壓放大后直接送到記錄儀器，這種方法對(duì)橋壓的穩(wěn)定性，放大器的線性度以及增益性要求高。第4頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電阻應(yīng)變測(cè)試儀器的種類(lèi)1．靜態(tài)應(yīng)變儀及數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀

主要用于靜態(tài)應(yīng)變或靜力實(shí)驗(yàn)中有關(guān)力學(xué)量的測(cè)量。當(dāng)多點(diǎn)測(cè)量時(shí)，需配用多點(diǎn)預(yù)調(diào)平衡箱，以解決多點(diǎn)切換和零點(diǎn)平衡問(wèn)題。

第5頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流供橋、雙電橋零讀數(shù)靜態(tài)應(yīng)變儀兩者施加相似的供橋電壓，施加不同幅值得供橋電壓是為了補(bǔ)償應(yīng)變片靈敏系數(shù)的差異。利用雙電橋線路，采用零讀數(shù)法可以使測(cè)量結(jié)果既不受電源穩(wěn)定性的影響，也不受放大器穩(wěn)定性的影響，保證了較高的測(cè)量精度。第6頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于直流放大器的性能提高，目前已普遍使用直放式的數(shù)字式電阻應(yīng)變儀。靜態(tài)應(yīng)變儀與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀大多數(shù)電路相同或相似。但也有特殊的電路，數(shù)字式電阻應(yīng)變儀第8頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字式電阻應(yīng)變儀原理第9頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Vi-VI+R4放大器R3RaRWABB1CDABB1CDRaRWRaRW補(bǔ)償EgVI+0Vi-DH3818內(nèi)部橋路圖第11頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Vi-VI+R4放大器R3RaRWABB1CDABB1CDRaRWRaRW補(bǔ)償EgVI+0Vi-DH3818內(nèi)部橋路圖（1/4橋接法時(shí)）單臂第12頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Vi-VI+R4放大器R3RaRWABB1CDABB1CDRaRWRaRW補(bǔ)償EgVI+0Vi-DH3818內(nèi)部橋路圖（半橋接法時(shí)）第13頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Vi-VI+R4放大器R3RaRWABB1CDABB1CDRaRWRaRW補(bǔ)償EgVI+0Vi-DH3818內(nèi)部橋路圖（全橋接法時(shí)）第14頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量電路平衡的調(diào)節(jié)R6R5第15頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月預(yù)調(diào)平衡可通過(guò)多種方法實(shí)現(xiàn)。一種為初讀數(shù)記憶式，另一種為D/A轉(zhuǎn)換器補(bǔ)償式。這種應(yīng)變儀操作時(shí)按下清零（或平衡）鍵后，儀器記下此時(shí)的初讀數(shù)，并在以后的顯示中扣除初讀數(shù)。當(dāng)然對(duì)電橋的不平衡仍然有一定的要求。第16頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀主要用于各種機(jī)械振動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量，適用頻率在1000～5000Hz以下。第17頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流載波式應(yīng)變儀(常用)它由載波振蕩器提供電橋交流電源，測(cè)量電橋中還有電阻平衡和電容平衡調(diào)整電路，其組成包括測(cè)量電橋．載波振蕩器、放大器、相敏檢波器、低通濾波器和穩(wěn)壓源等第18頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀1測(cè)量電橋(應(yīng)變電橋:預(yù)調(diào)平衡電橋;應(yīng)變標(biāo)定電路)

由載波振蕩器提供交流電源,接到電阻應(yīng)變儀,可以接成不同橋路,包括電阻平衡/電容平衡.可以提供補(bǔ)償和平衡橋臂.

由于電阻應(yīng)變片的阻值不可能完全相等,測(cè)量導(dǎo)線的電阻及接觸點(diǎn)電阻不可能完全一致,以及分布電容的影響.在測(cè)量電橋前就失去平衡,而且不平行度有可能大于應(yīng)變片變形所能引起的,從而使儀器無(wú)法正常工作.因此必須采用預(yù)調(diào)平衡第20頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量前應(yīng)標(biāo)定,向記錄儀器提供一標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變信號(hào),作為記錄的比例尺.2

讀數(shù)電橋(零讀數(shù))

3

交流載波放大器

接受電橋的輸出電壓,只放大載波調(diào)幅電壓,濾掉直流,放大后的輸出電壓送到相敏檢波器,還原成原信號(hào)4相敏檢波器放大后仍為調(diào)幅波,經(jīng)過(guò)相敏檢波器,還原成被測(cè)信號(hào)的波形,檢測(cè)輸出信號(hào)的幅值,和正負(fù)號(hào).第21頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5

濾波器濾除高頻載波信號(hào)的作用,獲得正確波形6

載波振蕩器給測(cè)量電橋和讀數(shù)電橋以及相敏檢波器提供電源.7

穩(wěn)壓電源向載波放大器和振蕩器提供穩(wěn)定的直流信號(hào).8

指示儀記錄和顯示應(yīng)變

第22頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字式動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀在原交流載波式應(yīng)變儀或直流應(yīng)變儀的基礎(chǔ)上將輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換而成數(shù)字信號(hào),在儀器面板顯示/打印機(jī)打印出/計(jì)算機(jī)顯示出結(jié)果的應(yīng)變儀第23頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)第24頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）應(yīng)變儀的工作特性

靜態(tài)應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集儀：

分辨率、量程、線性度、靈敏系數(shù)誤差、穩(wěn)定度。

動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀：

輸出靈敏度、線性誤差、頻率相應(yīng)特性、穩(wěn)定度。第25頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用的記錄儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通用示波器磁帶記錄儀光線示波器筆式記錄儀等第26頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)變數(shù)字采集技術(shù)應(yīng)變數(shù)字采集主要分靜態(tài)信號(hào)和動(dòng)態(tài)信號(hào)，兩者在技術(shù)上有很大差異。1.靜態(tài)應(yīng)變儀

常使用串行口RS-232C與計(jì)算機(jī)通信。由于數(shù)據(jù)采集量不多計(jì)算機(jī)可以方便地以任意格式存放數(shù)據(jù)。2.動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀

的輸出需借助于專(zhuān)用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)才能記錄信號(hào)。也可使用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)。由于受通信速度的影響，有些應(yīng)變儀不能進(jìn)行高速采集，但大多數(shù)應(yīng)變儀能做到每秒每通道1000點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集速率，可以解決大多數(shù)應(yīng)變測(cè)試問(wèn)題。對(duì)于使用RS-232C串口通信來(lái)說(shuō)，最高通信速率大致為每秒4000點(diǎn)。更高的通信速率可通過(guò)并行接口或USB來(lái)實(shí)現(xiàn)。第27頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月示波器雙蹤示波器或多蹤示波器是常見(jiàn)的觀察儀器，利用示波器的記憶功能或?qū)κ静ㄆ髡障?，則可以當(dāng)記錄儀使用。有的示波器具有與計(jì)算機(jī)通信的功能，則可以直接連到計(jì)算機(jī)記錄應(yīng)變波形。第28頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磁帶記錄儀

需長(zhǎng)時(shí)間記錄波形信號(hào)，并希望能回放分析時(shí)?？刹捎么艓в涗泝x來(lái)記錄數(shù)據(jù)。它適用于記錄頻率較高的數(shù)據(jù)（可達(dá)20kHz)。一般記錄的是電壓或電流模擬信號(hào)。磁帶記錄儀的結(jié)構(gòu)和工作原理記錄放大器再生放大器記錄信號(hào)~記錄信號(hào)~送帶盤(pán)收帶盤(pán)記錄磁頭再生磁頭第29頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磁帶記錄儀的主要技術(shù)指標(biāo)磁道數(shù)（4、7、14磁道）磁帶速度和頻率特性信噪比失真率（<3%）直流漂移線性度抖動(dòng)率輸入、輸出阻抗和電壓串音比道間時(shí)滯第30頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光線示波器的構(gòu)造及基本原理光線示波器是由光、磁、電和機(jī)械系統(tǒng)綜合組成的記錄儀器，它采用照相原理記錄波形信號(hào)。由于采用了快速顯影技術(shù)，使用起來(lái)比較方便，記錄高達(dá)500Hz的信號(hào)。主要不足是使用成本較高。光線示波器包括下列系統(tǒng)振子系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)記錄紙傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)間指示系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)光線示波器

張絲磁鋼小鏡NSNS記錄紙光源活動(dòng)線圈輸入電信號(hào)第31頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

振動(dòng)子的工作原理振動(dòng)子的靜態(tài)特性

式中：B——為恒磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

n——為線圈的匝數(shù)線圈中心線尺寸為寬b,高為hI——流過(guò)線圈的電流

θ——為線圈偏轉(zhuǎn)角此式左端為力偶矩，右端為張絲產(chǎn)生的恢復(fù)矩，G為張絲的扭轉(zhuǎn)剛性系數(shù)為線圈中心線圍成的面積故上式可寫(xiě)為第32頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在θ很小的情況下小鏡的這一偏轉(zhuǎn),造成了反射光點(diǎn)的移動(dòng),如圖，圖中小鏡中心到記錄紙的垂直距離為光臂記為L(zhǎng),光點(diǎn)移動(dòng)的距離為y,則有稱(chēng)為振動(dòng)子的電流靈敏度振動(dòng)子的動(dòng)態(tài)特性

1、振動(dòng)子可動(dòng)部分的