檢測(cè)維護(hù)專業(yè)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測(cè)技術(shù)第二章-量測(cè)技術(shù)

1、獲取反映結(jié)構(gòu)性能的量化數(shù)據(jù)，是試驗(yàn)工作的核心 影響數(shù)據(jù)質(zhì)量因素：儀器性能、測(cè)試方法、環(huán)境、人員 量測(cè)技術(shù)：應(yīng)用適宜儀器儀表和測(cè)試方法，對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)(量值)進(jìn)行測(cè)量和觀測(cè)的技術(shù) 保證量測(cè)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵:適宜測(cè)試方法，儀器儀表正確應(yīng)用 正確使用儀器儀表的要素 理解儀器的原理及適用性 儀器性能完好，操作正確 儀器處于適宜的工作環(huán)境,第三章 試驗(yàn)量測(cè)技術(shù)與量測(cè)儀表,2.1 概述,量測(cè)技術(shù)基本要求 掌握常用儀器原理 合理選擇測(cè)試方法 熟悉儀器技術(shù)特點(diǎn) 正確操作（選用），針對(duì)性控制誤差 熟悉待測(cè)參數(shù)特征 合理選擇儀器 熟悉現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件 控制誤差，掌握儀器適用,結(jié)構(gòu)試驗(yàn)待測(cè)參數(shù)（橋梁為例） 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：應(yīng)變

2、結(jié)構(gòu)剛度：豎向撓度 抗裂性能：裂縫寬度、長(zhǎng)度、分布、特征、活動(dòng)性 穩(wěn)定：橫向位移、扭轉(zhuǎn)等 動(dòng)力性能：沖擊系數(shù)、自振頻率、阻尼特性等 施工質(zhì)量：表觀缺陷、混凝土強(qiáng)度、線形、索力等 耐久性：鋼筋銹蝕、混凝土保護(hù)層厚度、裂縫寬度等 其他,2.1.1 量測(cè)儀器的基本組成,傳感器,放大調(diào)理器,采集分析及輸出,感知并將被測(cè)量轉(zhuǎn)換 為便于測(cè)量的電信號(hào),將傳感器輸出進(jìn)行放大、調(diào)理、轉(zhuǎn)換，便于后續(xù)儀器采集分析,記錄、存儲(chǔ)、顯示 實(shí)現(xiàn)各種分析功能,利用電子、電磁學(xué)原理，感知并將輸入轉(zhuǎn)換為u、I、R、L、C、Q等電量,將電量轉(zhuǎn)換為電壓并放大。還具有阻抗變換，信號(hào)濾波，微積分功能,粘貼應(yīng)變片 感知應(yīng)變 將電阻轉(zhuǎn)換為電

3、壓 放大、采集記錄 應(yīng)變片電測(cè)信號(hào)流程,1、量測(cè)儀器的組成（電測(cè)為例）*,2、傳感器 1)傳感器：量測(cè)系統(tǒng)第一環(huán)節(jié)，也稱一次儀表，以電測(cè)較為常見 2)傳感器作用：感知并將輸入轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的物理量 3)電測(cè)傳感器：利用電子、電磁學(xué)等原理，感知并將輸入非電量 轉(zhuǎn)換為便于電量（u、I、R、L、C、Q） 4)機(jī)械式儀器：利用齒輪、杠桿等將輸入放大，指針指示 5)電測(cè)傳感器舉例 鉑電阻Rt100(熱敏電阻)：Rt=R0+0.0385t 電阻應(yīng)變片：,機(jī)械百分表原理 機(jī)械百分表面板,根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測(cè)儀器的用途可以分為以下幾類,1、應(yīng)變測(cè)試設(shè)備,最常用的設(shè)備，可分為以下幾種： 1）電阻應(yīng)變計(jì)配套靜、動(dòng)

4、態(tài)應(yīng)變儀 2）工具式應(yīng)變計(jì)配套靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀 3)振弦式應(yīng)變計(jì)配套頻率讀數(shù)儀 4)采用高靈敏位移計(jì)，通過測(cè)定區(qū)段變形換算平均應(yīng)變,2.1.2 檢測(cè)儀器的分類,2、變位測(cè)試設(shè)備,橋梁結(jié)構(gòu)變位：撓度、水平位移、轉(zhuǎn)角、支承位移等，活載撓度反映橋跨結(jié)構(gòu)剛度，是一個(gè)重要的整體指標(biāo) 結(jié)構(gòu)變位測(cè)試設(shè)備種類很多，主要包括 1)應(yīng)變式位移傳感器配套靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀 2)機(jī)械式位移測(cè)量?jī)x器，根據(jù)量程不同分為千分表、百分表和張絲式撓度計(jì) 3)光學(xué)測(cè)量?jī)x器，包括精密光學(xué)水準(zhǔn)儀、電子水準(zhǔn)儀、全站儀等 4)連通管,2.1.2 檢測(cè)儀器的分類,2.1.2 檢測(cè)儀器的分類,3、裂縫測(cè)量設(shè)備 卷尺鋼尺、裂縫寬度測(cè)試儀、裂縫深度測(cè)

5、定儀等 4、荷載測(cè)量設(shè)備 應(yīng)變式測(cè)力傳感器、振弦式測(cè)力計(jì)、壓力環(huán)等 5、振動(dòng)測(cè)量設(shè)備 磁電式速度計(jì)、壓電式加速度計(jì)、ICP型加速度計(jì)、應(yīng)變式加速度 計(jì)、伺服式加速度計(jì)等傳感器以及配套的放大器,量程: 測(cè)量范圍 被測(cè)量應(yīng)處于儀器的合適量程，一般宜處于1/32/3內(nèi) 分辨率(最小刻度值): 儀器最小能檢出的被測(cè)物理量 量測(cè)設(shè)備應(yīng)有足夠分辨率。對(duì)同類儀器，分辨率越高，量程越小 靈敏度: S=輸出/輸入，與分辨率互為倒數(shù) 在保證精度和可靠性前提下，盡量選擇高靈敏儀器，靈敏度越 高，儀器分辨率也越高 誤差：測(cè)量值與真值之間的差異 精度：最大誤差與滿量程比值(F.S%)，精度與分辨率無必然關(guān)系 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)精

6、度往往達(dá)不到標(biāo)稱精度,應(yīng)優(yōu)先選擇可靠性高的儀器,2.1.3 儀器主要性能指標(biāo)*,穩(wěn)定性：量測(cè)同一物理量，因時(shí)間、溫度變化而致的示值變化 應(yīng)優(yōu)先選擇穩(wěn)定可靠?jī)x器 線性度:輸入和輸出保持線性關(guān)系時(shí)，輸入量所允許變化范圍,動(dòng)應(yīng)變信號(hào)存在漂移 動(dòng)撓度信號(hào)穩(wěn)定，無漂移,信噪比(S/N)：有效信號(hào)(Sinal)與信號(hào)中混雜噪聲(Noise)比值,某連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)崪y(cè)動(dòng)應(yīng)變-信躁比低 該信號(hào)經(jīng)數(shù)字濾波-信躁比提高,幅頻特性：儀器在不同輸入信號(hào)頻率下靈敏度變化特性 待測(cè)信號(hào)頻率要位于幅頻特性的平坦段,加速度傳感器幅頻特性曲線,傳感器自振頻率,相頻(相移)特性：輸入輸出相位差隨輸入信號(hào)頻率變化的特性,輸入信號(hào),輸出

7、信號(hào),2.1.4 保證量測(cè)結(jié)果可靠性措施,1、與檢測(cè)要求相適應(yīng)的軟、硬件設(shè)備 2、正確使用和操作 合適的測(cè)試方法 設(shè)備處于正常工作狀態(tài) 正確操作（參數(shù)設(shè)置、安裝、數(shù)據(jù)處理等） 3、適宜工作環(huán)境 設(shè)備對(duì)環(huán)境適應(yīng)性好 周邊干擾因素控制 環(huán)境條件：溫度變化、潮濕環(huán)境 電磁干擾：手機(jī)、對(duì)講機(jī)、高壓線、變電站、發(fā)射基站、特殊燈具 供電影響：電壓隨機(jī)波動(dòng)、接地不良,1、滿足量程、精度要求，盡量選用高分辨率設(shè)備 2、動(dòng)態(tài)量測(cè)儀器滿足線性、幅頻、相頻特性要求 3、使用安裝方便，適應(yīng)性強(qiáng)，不影響結(jié)構(gòu)工作，不改變結(jié)構(gòu)特性 4、同一次試驗(yàn)中，儀器型號(hào)、規(guī)格盡量少 5、應(yīng)特別關(guān)注儀器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，如抗干擾、穩(wěn)定性

8、等指標(biāo) 6、盡量選用多用途儀器，如應(yīng)變儀 7、盡量采用自動(dòng)采集系統(tǒng)，以提高效率，減少人為因素影響,2.1.5 量測(cè)儀器的選用原則,2.1.6 儀器的計(jì)量標(biāo)定,1、何為標(biāo)定（檢定） 為確定儀表的精確度或換算系數(shù)，將儀表的示值與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較 使檢測(cè)儀器的量值溯源到國(guó)家基準(zhǔn) 以保證檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠 2、標(biāo)定（檢定）后的儀表按國(guó)家規(guī)定的精確度要求分成若干等級(jí) 3、標(biāo)定（檢定）目的 保證量測(cè)儀器示值準(zhǔn)確性 使儀器的量值溯源到國(guó)家基準(zhǔn)，保證檢測(cè)的合法有效 4、何時(shí)標(biāo)定（檢定） 所有新投入使用的儀器 量值受懷疑或經(jīng)過改裝的儀器 超過檢定周期或維修后重新投入使用儀器,2.1.6 儀器的計(jì)量標(biāo)定,5、由誰實(shí)施

9、標(biāo)定（檢定） 具有檢定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備（強(qiáng)制性檢定設(shè)備）：法定授權(quán)的計(jì)量單位負(fù)責(zé) 非強(qiáng)制性檢定設(shè)備：可由用戶自建規(guī)程自校 6、標(biāo)定周（檢定）期：根據(jù)設(shè)備的特性確定，大多為一年 7、標(biāo)定（檢定）方法 系統(tǒng)標(biāo)定 單件標(biāo)定,補(bǔ)充知識(shí)：檢測(cè)機(jī)構(gòu)合法地位要素(不限于此) 1、經(jīng)行業(yè)主管部門批準(zhǔn)，機(jī)構(gòu)取得從業(yè)的資質(zhì)證書 2、機(jī)構(gòu)經(jīng)省級(jí)計(jì)量部門的計(jì)量審查認(rèn)可(行政許可) 3、檢測(cè)設(shè)備定期檢定/校準(zhǔn)/比對(duì)合格,符合國(guó)家計(jì)量法規(guī) 4、檢測(cè)人員接受培訓(xùn)，獲得所從事檢測(cè)工作上崗（執(zhí)業(yè)）證書 5、使用現(xiàn)行有效檢測(cè)規(guī)范 6、完善的質(zhì)量管理體系 . . .,2.2 靜力試驗(yàn)量測(cè)儀器,橋梁結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)主要待測(cè)參數(shù)包括應(yīng)力（應(yīng)變）

10、、變位、裂縫等 常用量測(cè)儀器相見教材P12P13，表2.1 需重點(diǎn)掌握的量測(cè)儀器和方法： 應(yīng)變量測(cè) 變位（撓度）量測(cè) 裂縫（寬度）量測(cè) 振動(dòng)測(cè)試（磁電式、壓電式）,2.2.1 應(yīng)變測(cè)試,一、應(yīng)變片 1、基本概念 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)定是試驗(yàn)的主要工作 目前難以直接量測(cè)應(yīng)力 技術(shù)限制 應(yīng)變量測(cè) 虎克定理 換算應(yīng)力 儀器應(yīng)變分辨率：一般為110-6或更優(yōu) 應(yīng)變?yōu)榫植恐笜?biāo),注意： 應(yīng)變?yōu)闊o量綱參數(shù) 量測(cè)中一般采用110-6表示 有時(shí)采用表示，1 = 110-6 為非法定計(jì)量單位,2、應(yīng)變測(cè)試方法 1）應(yīng)變片與應(yīng)變儀組合 2）工具式應(yīng)變計(jì)與應(yīng)變儀組合 3）高分辨位移計(jì)測(cè)量平均應(yīng)變 4）鋼弦應(yīng)變計(jì)配套頻率讀數(shù)儀

11、5）光纖等新型傳感器 主要介紹第1種，應(yīng)變電測(cè)的信號(hào)流程、原理以及應(yīng)用,2、應(yīng)變測(cè)試方法 1）應(yīng)變片配合應(yīng)變儀 常用方法 應(yīng)變傳遞可靠，貼片要求高 小標(biāo)距應(yīng)變片可測(cè)應(yīng)力集中和鋼筋應(yīng)變 信號(hào)受溫度、潮濕環(huán)境、電磁干擾影響大 適合短期和氣候條件好的場(chǎng)合 2）工具式應(yīng)變計(jì)配合應(yīng)變儀 常用方法，適用性強(qiáng) 信號(hào)穩(wěn)定，受溫度、電磁干擾影響較小 安裝要求高，應(yīng)變傳遞可靠性較差 不適合測(cè)定鋼筋應(yīng)變 小構(gòu)件受彎測(cè)試有系統(tǒng)誤差,電阻應(yīng)變片,電阻應(yīng)變儀,工具式應(yīng)變計(jì),電阻應(yīng)變儀,2、應(yīng)變測(cè)試方法 3）振弦應(yīng)變計(jì)配合頻率讀數(shù)儀 設(shè)備簡(jiǎn)單，性能可靠 數(shù)據(jù)穩(wěn)定，受溫度、電磁干擾影響小 可預(yù)埋測(cè)定混凝土內(nèi)部應(yīng)力 系統(tǒng)誤差較

12、大 適合施工監(jiān)測(cè)等長(zhǎng)期觀測(cè) 4）高分辨位移計(jì) 信號(hào)穩(wěn)定，受溫度等影響小 安裝工作量大 結(jié)構(gòu)振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生誤差 分辨率較低 適合長(zhǎng)期大應(yīng)變測(cè)量，如徐變?cè)囼?yàn),振弦應(yīng)變計(jì),振弦應(yīng)變計(jì)原理,千分表應(yīng)變測(cè)定原理,應(yīng)變片和美國(guó)BDI應(yīng)變計(jì),美國(guó)BDI應(yīng)變計(jì),弓形工具式應(yīng)變傳感器示意圖,工具式應(yīng)變計(jì)測(cè)試主體結(jié)構(gòu)應(yīng)變,磁偏位數(shù)碼應(yīng)變計(jì)檢測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)變,是一種用磁感編碼技術(shù)制成的新型應(yīng)變計(jì)。穩(wěn)定好、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、安裝誤差小,應(yīng)變電測(cè)應(yīng)用十分廣泛* 應(yīng)變(應(yīng)變計(jì)) 強(qiáng)度評(píng)定：=E 位移(應(yīng)變式位移計(jì)) 結(jié)構(gòu)剛度評(píng)定 荷載(應(yīng)變式測(cè)力計(jì)) 荷載控制 加速度(應(yīng)變式加速度計(jì)) 振動(dòng)測(cè)試 裂縫捕捉(應(yīng)變計(jì)) 裂縫捕捉

13、,應(yīng)變電測(cè)系統(tǒng)組成*,應(yīng)變傳感器 測(cè)量電橋 采集處理,UCAM-70A-10多功能應(yīng)變采集器,TDS-503多功能應(yīng)變采集器,YE2539高速靜態(tài)應(yīng)變儀,電阻應(yīng)變計(jì)（片）,3、電阻應(yīng)變片工作原理* 1）應(yīng)變片 一種小型電測(cè)傳感器，感知元件，將其粘貼在結(jié)構(gòu)上感知應(yīng)變， 將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為便于量測(cè)的電阻變化 2）原理 基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體在機(jī)械變形時(shí) (伸長(zhǎng)或縮短)，其阻值隨變形發(fā)生變化，這現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng),c (1-2)為電阻絲單位應(yīng)變所引起的電阻率改變量； (1+2) 由電阻絲幾何尺寸的改變所引起的變化量 對(duì)于某種特定材料的電阻絲有： 因此，就有： 對(duì)于應(yīng)變片，則：,以一

14、根金屬絲為例說明其轉(zhuǎn)換原理,K 為靈敏系數(shù)，反映應(yīng)變效應(yīng)顯著程度，金屬應(yīng)變片：K=2.02.5,4、電阻應(yīng)變片構(gòu)造 敏感絲柵、基底、覆蓋層、引出線組成 敏感絲柵：感知并將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化 基底： 使敏感絲柵和被測(cè)構(gòu)件間絕緣，絲柵定位 覆蓋層： 保護(hù)敏感絲柵免受損傷并避免絲柵短路 引出線： 用于焊接連線電纜,應(yīng)變片構(gòu)造和組成,BX120-80AA應(yīng)變片,5、電阻應(yīng)變片種類 敏感絲柵的形狀：絲式盤繞、箔式(常用) 敏感絲柵的材料：金屬、半導(dǎo)體 單軸/多軸： 單軸、多軸（應(yīng)變花） 環(huán)境適用: 高溫、中溫、常溫、低溫 測(cè)試對(duì)象的不同：大標(biāo)距、小標(biāo)距,應(yīng)變花,單軸應(yīng)變片,BX 120-80 AA 應(yīng)變

15、片,應(yīng)變片標(biāo)識(shí),材料規(guī)格,阻值,標(biāo)距,精度等級(jí),單軸應(yīng)變片：量測(cè)單向應(yīng)力,應(yīng)變花：量測(cè)平面應(yīng)力,應(yīng)變花量測(cè)平面應(yīng)變,E 材料的彈性模量 材料的泊松比 P 主應(yīng)力方向,6、電阻應(yīng)變片特性 電阻值R： 120常用，非120應(yīng)變計(jì)有時(shí)需修正 靈敏系數(shù)K：金屬箔式應(yīng)變片K=2.02.5 絕緣電阻： 敏感絲柵與基底間電阻，其值越大，效果越好 標(biāo)距： 敏感絲柵縱向長(zhǎng)度 時(shí)間零飄： 恒定溫度環(huán)境中應(yīng)變片電阻值隨時(shí)間變化特性 溫度漂移： 溫度變化應(yīng)變片電阻值隨之改變的特性,應(yīng)變片標(biāo)距,L,衡量應(yīng)變片敏感絲（引出導(dǎo)線）與構(gòu)件間的絕緣性能 絕緣電阻偏低，數(shù)據(jù)易漂移，可靠性受影響 絕緣電阻一般要大于100M,長(zhǎng)期測(cè)

16、量要求不小于200M 潮濕環(huán)境對(duì)絕緣電阻有更高要求,絕緣電阻概念,7、應(yīng)變片選用 標(biāo)距：鋼筋等質(zhì)材料：35mm；混凝土：L4(粗骨料粒徑),60100mm 小構(gòu)件、應(yīng)力梯度大、應(yīng)力集中:小標(biāo)距(如1mm) 種類：常溫型箔式應(yīng)變片 阻值：常用120，同一次試驗(yàn)阻值相同，離散性宜在0.2內(nèi) 靈敏系數(shù)：同一次試驗(yàn)靈敏系數(shù)相同 單向應(yīng)變：?jiǎn)屋S片；平面應(yīng)變：應(yīng)變花 預(yù)應(yīng)力混凝土與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)試，如何選用應(yīng)變片？,1mm標(biāo)距應(yīng)變片量測(cè)應(yīng)力集中,80mm標(biāo)距應(yīng)變片量測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變,8、電阻應(yīng)變片粘貼 應(yīng)變片粘貼是應(yīng)變測(cè)試的主要誤差源 粘貼基本要求 定位準(zhǔn)確 粘貼牢固、焊接可靠 絕緣滿足要求 防

17、潮（水）防損傷措施得當(dāng),應(yīng)變片粘貼工藝流程,上膠、擠 壓、加壓,貼片,設(shè)計(jì)布片方案,自然干燥， 人工固化,固化,外觀檢查、阻值匹配,應(yīng)變片的檢查分選,試件的表面處理,打磨、清洗、打 底、測(cè)線定位,防潮防護(hù),粘貼質(zhì)量檢查,外觀檢查、阻值檢查、絕緣檢查,焊接、引出接線 端、絕緣檢查,固定導(dǎo)線,應(yīng)變片粘 貼和防護(hù),a、測(cè)點(diǎn)布置 b、實(shí)測(cè)截面應(yīng)力分布 預(yù)應(yīng)力T梁截面應(yīng)力分布測(cè)定,二、電阻應(yīng)變儀原理 1、基本概念 配套：應(yīng)變片/應(yīng)變傳感器 類別：靜/動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀 組成：測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展箱、測(cè)量電橋、放大器等 基本作用：信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大、采集記錄 120、K=2.0應(yīng)變片，110-6應(yīng)變 電阻增量R = KR =2.

18、410-4 電阻變化微小，無法直接準(zhǔn)確測(cè)量 需將微小電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓 便于放大、采集記錄,靜態(tài)應(yīng)變儀組成和信號(hào)流程,靜態(tài)應(yīng)變儀,二、電阻應(yīng)變儀原理 2、測(cè)量電橋 作用：將應(yīng)變片電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓 橋路組合（提高靈敏度、溫度補(bǔ)償） 測(cè)量電橋基本概念 也稱惠斯頓電橋 四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4組成 A、C端加工作電壓，B、D端為輸出（UBD） 平衡條件：R1/R2= R4/R3， UBD=0 組橋方式 1/4橋（R1外接）： 很少采用 1/2橋（R1、R2外接）：常用 全橋（4電阻全外接）：傳感器制作,應(yīng)變儀測(cè)量電橋,應(yīng)變儀測(cè)點(diǎn)接駁裝置 A B C D柱與電橋?qū)?yīng),3、測(cè)量電橋輸出特性* 相

19、鄰兩橋臂符號(hào)相反，輸出呈相減性 相對(duì)兩橋臂符號(hào)相同，輸出呈相加性 理解測(cè)量電橋是應(yīng)變電測(cè)的基礎(chǔ) 橋路組合 溫度補(bǔ)償 儀器操作,應(yīng)變儀測(cè)量電橋,二、電阻應(yīng)變儀原理 4、橋路組合 1/4橋 接橋方式：R1外接應(yīng)變片，R2、R3、R4機(jī)內(nèi)阻值固定電阻,R1=R2=R3=R4 輸出特性： 顯示=實(shí)際 適用場(chǎng)合：溫度穩(wěn)定的室內(nèi)或大應(yīng)變測(cè)量,矩形截面等強(qiáng)度梁,測(cè)量電橋,R1,二、電阻應(yīng)變儀原理 4、橋路組合 1/2橋 接橋方式：R1、R2為外接應(yīng)變片，R3、R4機(jī)內(nèi)阻值固定電阻 輸出特性： 顯示=2實(shí)際 適用場(chǎng)合：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用，具體接法與本例有差異,矩形截面等強(qiáng)度梁,測(cè)量電橋,二、電阻應(yīng)變儀原理 4、橋路組

20、合 全橋 接橋方式：R1=R2=R3=R4，全外接 輸出特性： 顯示=4實(shí)際 適用場(chǎng)合：傳感器制作，提高量測(cè)靈敏度,矩形截面等強(qiáng)度梁,測(cè)量電橋,應(yīng)變電測(cè)橋路組合舉例,三、溫度補(bǔ)償技術(shù) 1、補(bǔ)償目的：消除溫度變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，提高量測(cè)精度 式中 絲應(yīng)變片溫度系數(shù) t 溫度變化值 構(gòu)構(gòu)件線膨脹系數(shù) 絲應(yīng)變片線膨脹系數(shù) K 應(yīng)變片靈敏系數(shù) t 2、補(bǔ)償原理：利用測(cè)量電橋輸出特性，使2個(gè)或4各橋臂由溫度變化而引 起的電阻（應(yīng)變）變化相互低償，有用信號(hào)疊加,顯示=+t t 為虛假信號(hào)，應(yīng)消除,三、溫度補(bǔ)償技術(shù) 3、補(bǔ)償方式 1）溫度補(bǔ)償片法 制作專門補(bǔ)償片 補(bǔ)償片不受力，粘貼在與試件同材料構(gòu)件上,補(bǔ)

21、償應(yīng)變計(jì),溫度補(bǔ)償原理,補(bǔ)償件不受力，2=0,三、溫度補(bǔ)償技術(shù) 3、補(bǔ)償方式 2）工作片互補(bǔ) 適用：傳感器制作 2個(gè)（或4個(gè)）測(cè)點(diǎn)應(yīng)變符號(hào)及幅值比例明確的情形 補(bǔ)償效果好,矩形截面等強(qiáng)度梁,測(cè)量電橋,顯示=2實(shí)際,4、理想補(bǔ)償應(yīng)滿足條件 工作片與補(bǔ)償片同規(guī)格 補(bǔ)償件與被測(cè)結(jié)構(gòu)同材料 補(bǔ)償片和工作片的連接線纜同規(guī)格 補(bǔ)償片與工作片同溫度場(chǎng),顯示=(1+ )縱向， ：泊松比，混凝土為0.20，鋼筋為0.30,混凝土應(yīng)變測(cè)試 R1順橋跨布置，R2橫橋向布置,實(shí)橋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變電測(cè)方法舉例,實(shí)橋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變電測(cè)公用補(bǔ)償方法,四、應(yīng)變儀操作和測(cè)讀 1、應(yīng)變片布置 2、常見路組合方式如前述 3、應(yīng)變儀基

22、本操作和測(cè)讀,橋路連接，進(jìn)行合理的溫度補(bǔ)償 設(shè)置參數(shù)：橋路方式、靈敏系數(shù)等 調(diào)試 調(diào)零 加載穩(wěn)定后讀數(shù) 卸載穩(wěn)定后讀取卸載值 各階段均應(yīng)多次測(cè)試，減少隨機(jī)誤差,設(shè)備靈敏系數(shù)與應(yīng)變片應(yīng)相同，否則會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。事后發(fā)現(xiàn)可用以下方法修正： 即實(shí)際應(yīng)變?yōu)椋?4、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀區(qū)別 1）靜態(tài)電阻應(yīng)變儀 測(cè)點(diǎn)（通道）數(shù)較多，但只有一個(gè)放大器 采用“巡回”檢測(cè)的方式將多個(gè)測(cè)點(diǎn)分時(shí)接入放大器 采集速度為幾點(diǎn)數(shù)十點(diǎn)/秒，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的量測(cè)有微小的時(shí)差 2）動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀 通道數(shù)較少，每通道有一個(gè)放大器，保證所有通道同相位 對(duì)放大器和A/D轉(zhuǎn)換有更高要求，動(dòng)態(tài)特性更好，采樣頻率更高,靜態(tài)電阻應(yīng)變儀 動(dòng)態(tài)應(yīng)變采

23、集器,5、調(diào)零的概念 測(cè)量電橋四電阻滿足R1R3 = R2R4，輸出電壓為零，顯示應(yīng)變?yōu)榱?實(shí)際上難以滿足嚴(yán)格意義平衡，即空載時(shí)示值不等于零，數(shù)據(jù)不直觀 調(diào)零目的：將初始應(yīng)變調(diào)整為與空載狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的零應(yīng)變值上 調(diào)零方法：先測(cè)讀一次數(shù)據(jù)，將初始值存入內(nèi)存 以后的顯示值為測(cè)量絕對(duì)值減去初始值 調(diào)零作用 調(diào)零結(jié)果均為“0”，便于觀測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性，如調(diào)零值偏大，則相同狀態(tài)下實(shí)測(cè)應(yīng)變值不相等，說明存在問題 調(diào)零后所得結(jié)果便于結(jié)構(gòu)狀態(tài)的實(shí)時(shí)把握,“調(diào)零”結(jié)果是評(píng)價(jià)測(cè)試效果重要手段 短時(shí)間“調(diào)零”結(jié)果往往不能說明效果 應(yīng)作1530分鐘觀測(cè)，期間數(shù)據(jù)穩(wěn)定才說明其可靠性 調(diào)零后重復(fù)測(cè)量應(yīng)基本為“零”，以不超過（1

24、3）為宜 被測(cè)量值大可適當(dāng)放寬要求 影響相對(duì)殘余應(yīng)變指標(biāo)客觀性因素：儀器穩(wěn)定性、零點(diǎn)漂移,應(yīng)變數(shù)據(jù)測(cè)讀 (撓度類似),五、應(yīng)變測(cè)試誤差控制,1、誤差來源 信號(hào)過?。喉艠蚧钶d應(yīng)變?cè)?00 左右，儀器量程20000 或以 上，信號(hào)在儀器量程01%。噪聲、誤差占比不容忽視 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境：電磁干擾、溫度等影響，其影響可能超過有效信號(hào) 操作影響：傳感器安裝、貼片、參數(shù)設(shè)置等 儀器本身：如工具式應(yīng)變計(jì)的系統(tǒng)誤差等,2、控制措施 選擇合適測(cè)試方法 回路電阻穩(wěn)定，可靠焊接、接線柱緊固等 設(shè)備電源穩(wěn)定可靠。蓄電池供電效果往往優(yōu)于交流供電 遠(yuǎn)離或屏蔽干擾源（手機(jī)、對(duì)講機(jī)、變電站、發(fā)射基站等） 合理選擇試驗(yàn)時(shí)機(jī)（陰天或

25、夜間），避免太陽直射傳感器 有效溫度補(bǔ)償 多次測(cè)量、平均處理，消除隨機(jī)誤差,五、應(yīng)變測(cè)試誤差控制,六、其它應(yīng)變測(cè)試方法 1、位移法 量測(cè)儀器：千分表、高分辨電測(cè)位移計(jì) 標(biāo)距L：100mm200mm 適用：徐變等長(zhǎng)期試驗(yàn)、大應(yīng)變、軸向應(yīng)變，彎矩應(yīng)變量測(cè)有誤差,思考：上述方法用千分表量測(cè)應(yīng)變，標(biāo)距L=10mm，應(yīng)變分辨率為多少？,六、其它應(yīng)變測(cè)試方法 2、工具式應(yīng)變計(jì),弓形工具式應(yīng)變計(jì)原理,美國(guó)BDI工具式應(yīng)變計(jì) SJ-GBY工具式應(yīng)變計(jì),六、其它應(yīng)變測(cè)試方法 2、工具式應(yīng)變計(jì) 組成：彈性體、應(yīng)變片、機(jī)殼等 原理：結(jié)構(gòu)變形使彈性體變形，測(cè)定彈性體應(yīng)變即可換算結(jié)構(gòu)應(yīng)變 特點(diǎn)：靈敏度高、穩(wěn)定性好、溫度影響小、抗干擾能力強(qiáng)，量程較小 采集儀器：應(yīng)變儀 適用：荷載試驗(yàn)等，不適合應(yīng)力集中和小構(gòu)件,全橋互補(bǔ)：輸出穩(wěn)定 密封：抗電磁干擾好,思考：該儀器能否量測(cè)裂縫寬度增量？如儀器標(biāo)距L=75mm，則裂縫寬度增量 分辨率為多少？應(yīng)變計(jì)的分辨率為110-6,混凝土應(yīng)變可忽略。,七、其它應(yīng)變測(cè)試方法 3、振弦式應(yīng)變計(jì) 原理：傳感器受力變形 振弦張力變化 振弦自振頻率變化 按標(biāo)定的“應(yīng)變頻率”關(guān)系 測(cè)