結(jié)構(gòu)檢測(cè)的儀器

1、結(jié)構(gòu)檢測(cè)的儀器、儀表和設(shè)備及基本原理 王柏生儀器儀表的基本組成 基本組成：感受部分、放大部分、顯示或記錄部分 感受部分：起到感知被測(cè)物理量的作用 放大部分：將感知的物理量放大并轉(zhuǎn)換成儀器檢測(cè)量 顯示或記錄部分：將儀器檢測(cè)量顯示或記錄機(jī)械式百分表1測(cè)桿；2彈簧；3外殼；4指針；5齒輪；6刻度；7電阻應(yīng)變計(jì)；8電纜；9電阻絲；10線圈差動(dòng)式位移傳感器原理滑阻式位移傳感器電子百分表（電阻應(yīng)變式位移傳感器）百分表圖2.5.15 幾種常用的位移計(jì)構(gòu)造圖結(jié)構(gòu)檢測(cè)儀器分類 機(jī)械式、電測(cè)、光測(cè)等，還有結(jié)合的 測(cè)應(yīng)變、測(cè)位移、測(cè)裂縫、測(cè)力（荷載）、壓力（水、油、氣）、溫度、振動(dòng)（加速度、速度、位移）、硬度等等

2、無(wú)損檢測(cè)類、微損檢測(cè)類、破損檢測(cè)類主要技術(shù)（性能）指標(biāo) 量程（量測(cè)范圍）：所能量測(cè)的最小至最大的量值范圍。 最小分度值（刻度值、分辨力）：儀器、儀表所能指示或顯示的被測(cè)量值最小的變化量。 精確度（精度）：儀器、儀表量測(cè)指示值與被測(cè)值的符合程度，常用滿量程相對(duì)誤差表示。 靈敏度：被測(cè)量發(fā)生單位變化引起儀器、儀表指示值的變化值。 靜載試驗(yàn)對(duì)儀器、儀表的基本要求靜載試驗(yàn)對(duì)儀器、儀表的基本要求 結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)對(duì)儀器、儀表的基本要求是結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)對(duì)儀器、儀表的基本要求是： 1性能指標(biāo)必須滿足試驗(yàn)的具體要求，如：量程和精度要足夠，靈敏度要合適，并不是越高越好。精度要求最大測(cè)試誤差不超過(guò)5%，而量程建議采用最

3、大被測(cè)值的1.252倍； 2重量輕、體積小，要求不影響結(jié)構(gòu)的工作性能和受力情況； 3讀數(shù)快、自動(dòng)化程度高、使用方便； 4對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性要強(qiáng)，并且攜帶方便、可靠耐用； 5定期檢定，并有記錄；對(duì)生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)，使用的儀器、儀表必須由法定授權(quán)單位進(jìn)行鑒定，并出具鑒定報(bào)告。測(cè)試儀器的標(biāo)(檢)定 所有結(jié)構(gòu)測(cè)試儀器都需要檢定、校準(zhǔn)或標(biāo)定； 定期、不定期，使用前、后等等； 按照規(guī)范要求、計(jì)量認(rèn)證要求。 例：回彈儀，新使用前、超6000次、率定不合格時(shí)要鑒定，使用前要率定；油壓千斤頂，使用前要標(biāo)定。應(yīng)變測(cè)量的原理和方法 應(yīng)變計(jì)應(yīng)變計(jì) 結(jié)構(gòu)應(yīng)變=du/dLu/L，從數(shù)學(xué)上， L越小越精確，實(shí)際上，材料不均勻性要

4、求L足夠大，因此： 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)，材料均勻性好，可采用小標(biāo)距應(yīng)變計(jì)； 對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)，非均質(zhì)材料，應(yīng)采用較大標(biāo)距應(yīng)變計(jì)，一般要求標(biāo)距大于3倍的最大粗骨料直徑。電阻應(yīng)變測(cè)試原理 電阻應(yīng)變電阻應(yīng)變：結(jié)構(gòu)應(yīng)變應(yīng)變片電阻變化電橋平衡原理電壓變化，檢測(cè)電壓的變化可以得到結(jié)構(gòu)應(yīng)變。 應(yīng)變片的粘貼技術(shù)應(yīng)變片的粘貼技術(shù)，是應(yīng)變片能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)應(yīng)變的保障。 溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償：溫度補(bǔ)償片法、工作片自補(bǔ)償法。電阻應(yīng)變片dRKR(a)、(d)、（e）、(f)、(h)箔式電阻應(yīng)變計(jì)；、(b)絲繞式電阻應(yīng)變計(jì)；(c)短接式電阻應(yīng)變計(jì)；(g)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)； (i)焊接電阻應(yīng)變計(jì) LRA dRddLdARLA222dAdDdLAD

5、L 1 2dRdR 12dRdR012dK0dRKR電阻應(yīng)變計(jì)原理電阻應(yīng)變計(jì)原理 應(yīng)變計(jì)的選用應(yīng)變計(jì)的選用 應(yīng)變計(jì)的選用通常應(yīng)注意以下幾項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)變計(jì)的選用通常應(yīng)注意以下幾項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)： （1）標(biāo)距l(xiāng) 指敏感柵在縱軸方向的有效長(zhǎng)度，根據(jù)應(yīng)變場(chǎng)大小和被測(cè)材料的勻質(zhì)性考慮選擇。 （2）寬度a 敏感柵的寬度。 （3）電阻值R 一般應(yīng)變儀均按120設(shè)計(jì)，但60600應(yīng)變計(jì)均可使用。當(dāng)用非120應(yīng)變計(jì)時(shí)，測(cè)定值應(yīng)按儀器的說(shuō)明加以調(diào)整。 （4）靈敏系數(shù)K 電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，在產(chǎn)品出廠前經(jīng)過(guò)抽樣試驗(yàn)確定。使用時(shí)，必須把應(yīng)變儀上的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)至應(yīng)變片的靈敏系數(shù)值，否則應(yīng)對(duì)結(jié)果作修正。 （5）溫度使

6、用范圍 它主要取決于膠合劑的性質(zhì)?？扇苄阅z合劑的工作溫度約為2060；經(jīng)化學(xué)作用而固化的膠合劑的工作溫度約為60200。電橋平衡312412344BDRRRRUURRRR12344UK12()4BDUUK應(yīng)變片粘貼技術(shù)應(yīng)變片粘貼技術(shù) 具體的粘貼工藝粘貼工藝如下：1）應(yīng)變片檢查分選，可采先用放大鏡進(jìn)行外觀檢查，要求應(yīng)變片無(wú)氣泡、霉斑、銹點(diǎn)，柵極平直、整齊、均勻；然后用萬(wàn)用表檢查，應(yīng)無(wú)短路或短路情況，阻值誤差不應(yīng)超過(guò)0.5%。2）測(cè)點(diǎn)處理，先檢查測(cè)點(diǎn)表面狀況，要求測(cè)點(diǎn)平整、無(wú)缺陷、無(wú)裂縫等；然后采用砂紙或磨光機(jī)進(jìn)行打磨，要求表面平整、無(wú)銹、無(wú)浮漿等，光潔度達(dá)到5；再用棉花蘸丙酮或酒精清洗，要求棉花

7、干擦?xí)r無(wú)痕跡；必要時(shí)（如混凝土結(jié)構(gòu)）還打底，可采用環(huán)氧樹(shù)脂，要求膠層厚度在0.050.1mm，硬化后用0號(hào)砂紙磨平；最后用鉛筆等給測(cè)點(diǎn)畫(huà)十字定位，縱線與應(yīng)變方向一致。3）粘貼應(yīng)變片，先用鑷子加住應(yīng)變片引出線，在背面上一層薄膠，測(cè)點(diǎn)上也敷上薄膠，對(duì)準(zhǔn)位置放上片子；然后在應(yīng)變片上蓋一小片玻璃紙，用手指沿一個(gè)方向滾壓，擠出多余膠水；最后用手指輕壓至膠具有一定強(qiáng)度，松手后應(yīng)變片不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。應(yīng)變片粘貼技術(shù)應(yīng)變片粘貼技術(shù)4）固化處理，不同的粘貼膠需要不同的固化時(shí)間，對(duì)有些膠，在氣溫較低、濕度較大時(shí)需要進(jìn)行人工加溫，可采用紅外線燈或電熱吹風(fēng)，但加熱溫度不應(yīng)超過(guò)50C，受熱應(yīng)均勻。5）粘貼質(zhì)量檢查，先用放大

8、鏡檢查外觀，應(yīng)變片應(yīng)無(wú)氣泡、粘貼牢固、方位準(zhǔn)確；再用萬(wàn)用表檢查是否短路或斷路以及電阻值有無(wú)變化等，并檢查應(yīng)變片與試件的絕緣度情況等，也可以接入應(yīng)變儀檢查零點(diǎn)漂移情況，要求不大于2/15Min。6）導(dǎo)線連接，在應(yīng)變片引出線底下貼膠布等絕緣材料，使引出線不與試件形成短路；再用膠固定端子或用膠布固定導(dǎo)線，以保證輕微拉動(dòng)導(dǎo)線時(shí)引出線不被拉斷；然后用電烙鐵焊接導(dǎo)線與引出線，要求焊點(diǎn)飽滿、無(wú)虛焊。7）最后進(jìn)行防潮處理，要求應(yīng)變片全部被防潮劑覆蓋，余5mm左右，并采用適當(dāng)措施進(jìn)行必要的防護(hù)，防止機(jī)械損壞。溫度補(bǔ)償技術(shù) 補(bǔ)償片法補(bǔ)償片法工作片工作片補(bǔ)償片補(bǔ)償片14BDUUK（）溫度補(bǔ)償技術(shù) 工作片法工作片法1

9、14BDUUK（） （-）12UK千分表應(yīng)變測(cè)試測(cè)試應(yīng)變=千分表讀數(shù)差/標(biāo)距L 分辨力=1 /1000L （L用毫米單位） 振弦式應(yīng)變傳感器 根據(jù)弦的自振頻率變化來(lái)反映結(jié)構(gòu)應(yīng)變振弦式應(yīng)變傳感器 式中：f金屬弦的振動(dòng)頻率； k1，2； 金屬絲內(nèi)部張力； l金屬絲長(zhǎng)度； 金屬絲密度。光纖（光柵）應(yīng)變傳感器 光纖（光柵）應(yīng)變檢測(cè)原理光纖（光柵）傳感器的原理 通過(guò)拉伸和壓縮光纖光柵，或者改變溫度，可以改變光纖光柵的周期和有效折射率，從而達(dá)到改變光纖光柵的反射波長(zhǎng)的目的，而反射波長(zhǎng)和應(yīng)變、溫度、壓力、壓強(qiáng)等物理量成線性關(guān)系。位移量測(cè) 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中常用的有：百分表（機(jī)械式）、電子百分表、電阻式位移計(jì)、差動(dòng)電

10、感式位移計(jì)、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀，全站儀、傾角儀、連通水管位移測(cè)試裝置、GPS。 大部分需要輔助裝置，如：表架、基準(zhǔn)架、基準(zhǔn)點(diǎn)等等。 有些適合于大型、大跨度結(jié)構(gòu)，或野外檢測(cè)。1測(cè)桿；2彈簧；3外殼；4指針；5齒輪；6刻度；7電阻應(yīng)變計(jì)；8電纜；9電阻絲；10線圈差動(dòng)式位移傳感器原理滑阻式位移傳感器電子百分表（電阻應(yīng)變式位移傳感器）百分表圖2.5.15 幾種常用的位移計(jì)構(gòu)造圖 長(zhǎng)水準(zhǔn)管 電阻應(yīng)變式傾角傳感器1221角位移間接測(cè)量角位移間接測(cè)量1位移計(jì)；2固定支座3機(jī)械豎桿；4梁試件力的檢測(cè) 力傳感器，可用于檢測(cè)試驗(yàn)荷載、預(yù)應(yīng)力值、抗拔力、粘結(jié)力等。 壓力檢測(cè)儀表：檢測(cè)油壓、水壓、氣壓等壓力表，檢測(cè)土壓

11、力傳感器等。 張力檢測(cè)儀表：張力儀、索力檢測(cè)儀。 扭矩檢測(cè)：扭矩檢測(cè)儀、扭矩扳手等。 有：機(jī)械式、電阻應(yīng)變式、振弦式等等。油壓表 電阻應(yīng)變式力傳感器 張力儀 數(shù)顯扭矩扳手 裂縫檢測(cè) 裂縫寬度檢測(cè)：讀數(shù)顯微鏡、數(shù)字式裂縫寬度檢測(cè)儀。裂縫檢測(cè) 裂縫出現(xiàn)檢測(cè)：應(yīng)變計(jì)、聲發(fā)射儀、導(dǎo)電漆膜等。 裂縫深度檢測(cè)：超聲波檢測(cè)、鉆芯。通過(guò)應(yīng)變計(jì)或?qū)щ娖崮けO(jiān)測(cè)裂縫出現(xiàn)記錄與顯示儀器 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

12、記錄的數(shù)據(jù)一般都是離散的。記錄介質(zhì)有普通記錄紙、光敏紙、磁帶和磁盤(pán)等 。記錄與顯示儀器 X-Y記錄儀記錄儀 X-Y記錄儀傳動(dòng)原理 X-Y記錄儀使用聯(lián)接示意圖 記錄與顯示儀器 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。 磁帶記錄儀：磁帶記錄儀：是一種常用的較理想的記錄器，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。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：傳感器部分、數(shù)據(jù)采集部分和計(jì)算機(jī)（控制和分析器）部分 。 大

13、型專用系統(tǒng) 分散式系統(tǒng) 小型專用系統(tǒng) 組合式系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)；力、線位移、角位移、應(yīng)變和溫度等物理量感受各種物理量把物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳感器掃描采集轉(zhuǎn)換系數(shù)換算放入內(nèi)存打印輸出，存入磁盤(pán)數(shù)據(jù)采集儀從數(shù)據(jù)采集儀讀入數(shù)據(jù)計(jì)算處理存入文件實(shí)時(shí)屏幕圖像顯示打印輸出數(shù)據(jù)后處理計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)試新技術(shù) 聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)技術(shù) 利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)土木工程試驗(yàn)或者監(jiān)測(cè)資源的共享和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理。運(yùn)用聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異地觀測(cè)和控制。能夠在試驗(yàn)、計(jì)算、理論、數(shù)據(jù)庫(kù)、和模型模擬等方面實(shí)現(xiàn)分工，目前這一領(lǐng)域的研究也比較活躍。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立起美國(guó)地震工程模擬系統(tǒng)，我國(guó)也已開(kāi)始這方面的研究工

14、作。 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)試新技術(shù) 自檢測(cè)智能材料自檢測(cè)智能材料 智能混凝土結(jié)構(gòu)是一種能感知自身狀態(tài)變化并發(fā)出信號(hào)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)、自我修復(fù)的擬生命系統(tǒng)，可以有效地解決混凝土的強(qiáng)度監(jiān)測(cè)問(wèn)題，具有損傷、裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的同時(shí)具有快速自修復(fù)的功能，以保證工程結(jié)構(gòu)的安全使用。土木工程領(lǐng)域智能材料的研究主要在以下3個(gè)領(lǐng)域： 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（將智能材料集成在土木工程結(jié)構(gòu)中，利用其構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫、變形、損傷、疲勞、溫度、腐蝕等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)）。 結(jié)構(gòu)的自增強(qiáng)、自適應(yīng)(裂縫的主動(dòng)控制、裂縫自愈合、溫度自調(diào)節(jié)、變形控制等)。 結(jié)構(gòu)的減振控制。目前應(yīng)用的智能材料主要有：光纖、形狀記憶合金、壓電材料、碳纖維混凝土等。

15、振動(dòng)檢測(cè) 振動(dòng)傳感器放大器動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀記錄、分析、顯示（電腦） 振動(dòng)傳感器：相對(duì)式（需要基準(zhǔn)）、絕對(duì)式（慣性式，普遍采用） 慣性式傳感器的力學(xué)原理0sinxXt0mmmm xxcxkx慣性式傳感器的力學(xué)原理2202sinmnmnmxxxXt 2nkm2ncm0sinmmxXt20222012nmnnXX221nnarctg幅頻特性曲線當(dāng)/n1 時(shí)001mXX180相頻特性曲線加速度傳感器的幅頻特性 當(dāng)/n1，D1時(shí) 2222212nnnnD2000mnXXtg，0021mnXX 2001mnXX加速度計(jì)幅頻特性曲線 磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器的主要技術(shù)指標(biāo) 靈敏度，振動(dòng)方向感受到單位振動(dòng)速度時(shí)，傳感器的輸出電壓mV(cms-1)。 頻率響應(yīng)，傳感器機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)電轉(zhuǎn)換都有頻響問(wèn)題，定義靈敏度隨所測(cè)振動(dòng)頻率不同而變化的規(guī)律為傳感器的頻率響應(yīng)。 阻尼比，通常設(shè)計(jì)為0.50.7 。振動(dòng)檢測(cè) 壓電式加速度傳感器（a）基座壓縮型 （b）單端中心壓縮型（c）環(huán)型剪切型1外殼；2質(zhì)量塊；3壓電晶體；