測試應(yīng)變儀器精品課件

1、測試應(yīng)變儀器第1頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四一、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)多點測量系統(tǒng)采集速度/采集容量/處理能力大的計算機(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、動態(tài)應(yīng)變儀第2頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四應(yīng)變儀若按其放大器的工作原理可分為兩類直流放大式應(yīng)變儀 交流載波放大式應(yīng)變儀。若按頻率響應(yīng)范圍來分，可分為靜態(tài)電阻應(yīng)變儀動態(tài)電阻應(yīng)變儀 第3頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四靜態(tài)電阻應(yīng)變儀此類應(yīng)變儀專測量不隨時間變化

2、或變化極緩慢的應(yīng)變而用動態(tài)電阻應(yīng)變儀此類應(yīng)變儀是用來測量周期性或非周期性隨時間而變化的應(yīng)變。其測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，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四電阻應(yīng)變測試儀器的種類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)變或靜力實驗中有關(guān)力學(xué)量的測量。 當(dāng)多點測量時，需配用多點預(yù)調(diào)平衡箱，以解決多點切換和零點平衡問題。 第5頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四交流供橋、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

3、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，保證了較高的測量精度。第6頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四第7頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四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，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四數(shù)字式電阻應(yīng)變儀原理第9頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四第10頁，共35頁，2022年，5月20日，

4、11點58分，星期四Vi-VI+R4放大器R3RaRWABBCDABBCDRaRWRaRW補(bǔ)償EgVI+0Vi-DH3818內(nèi)部橋路圖第11頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四Vi-VI+R4放大器R3RaRWABBCDABBCDRaRWRaRW補(bǔ)償EgVI+0Vi-DH3818內(nèi)部橋路圖（1/4橋接法時） 單臂第12頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四Vi-VI+R4放大器R3RaRWABBCDABBCDRaRWRaRW補(bǔ)償EgVI+0Vi-DH3818內(nèi)部橋路圖（半橋接法時）第13頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四Vi-V

5、I+R4放大器R3RaRWABBCDABBCDRaRWRaRW補(bǔ)償EgVI+0Vi-DH3818內(nèi)部橋路圖（全橋接法時）第14頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四測量電路平衡的調(diào)節(jié)R6R5第15頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四預(yù)調(diào)平衡可通過多種方法實現(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)變儀操作時按下清零（或平衡）鍵后，儀器記下此時的初讀數(shù)，并在以后的顯示中扣除初讀數(shù)。當(dāng)然對電橋的不平衡仍然有一定的要求。第16頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四3動態(tài)應(yīng)變儀主要用于各種機(jī)械振動引起的動態(tài)應(yīng)變測量，適用頻率

6、在10005000Hz以下。第17頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四交流載波式應(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，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四第19頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四動態(tài)應(yīng)變儀1 測量電橋(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

7、,測量導(dǎo)線的電阻及接觸點電阻不可能完全一致,以及分布電容的影響.在測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,從而使儀器無法正常工作.因此必須采用預(yù)調(diào)平衡第20頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四測量前應(yīng)標(biāo)定,向記錄儀器提供一標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變信號,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4 相敏檢波器放大后仍為調(diào)幅波,經(jīng)過相敏檢波器,還原成被測信號的波形,檢測輸出信號的幅值,和正負(fù)號.第21頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四

8、5 濾波器濾除高頻載波信號的作用,獲得正確波形6載波振蕩器給測量電橋和讀數(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.8指示儀 記錄和顯示應(yīng)變第22頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四數(shù)字式動態(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)上將輸出信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換而成數(shù)字信號,在儀器面板顯示/打印機(jī)打印出/計算機(jī)顯示出結(jié)果的應(yīng)變儀第23頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四動第24頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四（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

9、差、穩(wěn)定度。動態(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，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四常用的記錄儀器數(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，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四應(yīng)變數(shù)字采集技術(shù)應(yīng)變數(shù)字采集主要分靜態(tài)信號和動態(tài)信號，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與計算機(jī)通信。由于數(shù)據(jù)采集量不多計算機(jī)可以方便地以任意格式存放數(shù)據(jù)。2.動態(tài)應(yīng)變儀 的輸出需借助于專用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)才能記錄信號。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

10、多數(shù)應(yīng)變儀能做到每秒每通道1000點的數(shù)據(jù)采集速率，可以解決大多數(shù)應(yīng)變測試問題。對于使用RS-232C串口通信來說，最高通信速率大致為每秒4000點。更高的通信速率可通過并行接口或USB 來實現(xiàn)。第27頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四示波器雙蹤示波器或多蹤示波器是常見的觀察儀器，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算機(jī)通信的功能，則可以直接連到計算機(jī)記錄應(yīng)變波形。第28頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四磁帶記錄儀需長時間記錄波形信號，并希望能回放分析時?？刹捎么艓в涗泝x來記錄數(shù)據(jù)。它適用于記錄頻率較高的數(shù)據(jù)

11、（可達(dá)20kHz)。一般記錄的是電壓或電流模擬信號。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記錄信號送帶盤收帶盤記錄磁頭再生磁頭第29頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四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率輸入、輸出阻抗和電壓串音比道間時滯第30頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四光線示波器的構(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。由于采用了快速顯影技術(shù)，使用起來比較方便，記錄高達(dá)500Hz的信號。主要不足是

12、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)記錄紙傳動系統(tǒng)時間指示系統(tǒng)電器控制系統(tǒng)光線示波器張絲磁鋼小鏡NSNS記錄紙光源活動線圈輸入電信號第31頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四 振動子的工作原理振動子的靜態(tài)特性 式中：B為恒磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 n為線圈的匝數(shù) 線圈中心線尺寸為寬 b, 高為 h I流過線圈的電流 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 故上式可寫為第32頁，共35頁，2022年，5月20日，11點58分，星期四在很小的情況下小鏡的這一偏轉(zhuǎn),造成了反射光點的移動, 如圖，圖中小鏡中心到記錄紙的垂直距離為光臂 記為L,光點移動的距離為y,則有稱為振動子的電流靈敏度振動子的動態(tài)特性 1、振動子可動部分的運動方程2、振動子的振幅頻率特性曲線3、振動子的相