礦壓測試技術(shù)

礦壓測試技術(shù)緒論一、測試技術(shù)的實(shí)質(zhì)和意義二、測試技術(shù)的分類三、礦壓測試技術(shù)的含義四、有關(guān)本課程的教學(xué)一、測試技術(shù)的實(shí)質(zhì)和意義測試－人們借助于一定的手段，通過實(shí)際的測量方法，對客觀現(xiàn)象和自然現(xiàn)象取得數(shù)量上和質(zhì)量上的認(rèn)識(shí)過程。任何一事物和現(xiàn)象都可以用一些特征的物理量或物理參數(shù)的數(shù)值大小及其變化規(guī)律的信息來描述，而測試技術(shù)就是研究這些信息的獲得、傳輸和變換、顯示記錄和分析處理的原理和方法的。測試技術(shù)的實(shí)質(zhì)測試技術(shù)－就是測量工具和測量方法的統(tǒng)稱。測試技術(shù)－是測量技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的總稱。測試分類：現(xiàn)場測試：在現(xiàn)場對實(shí)物原型進(jìn)測試；實(shí)驗(yàn)測試：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對模型測試。

信息Information信息論中的術(shù)語，通常把消息中有意義的內(nèi)容稱為信息。無標(biāo)準(zhǔn)定義。信息是事務(wù)現(xiàn)象及其屬性標(biāo)識(shí)的集合。信息以物質(zhì)介質(zhì)為載體,傳遞和反映世界各種事物存在方式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征。1948年，美國數(shù)學(xué)家、信息論的創(chuàng)始人仙農(nóng)在題為“通訊的數(shù)學(xué)理論”的論文中指出：“信息是用來消除隨機(jī)不定性的東西”。

1948年，美國著名數(shù)學(xué)家、控制論的創(chuàng)始人維納在《控制論》一中，指出：“信息就是信息，既非物質(zhì)，也非能量。”信息是確定性的增加。物質(zhì)、能量和信息是構(gòu)成世界的三大要素。靜態(tài)信息:信息（參數(shù)）不隨時(shí)間而變化。動(dòng)態(tài)信息：參數(shù)的數(shù)值隨時(shí)間而變化。測試的結(jié)果可用數(shù)字、圖表或曲線表示。測試技術(shù)的意義科學(xué)理論和科研成果要通過測試來驗(yàn)證；通過測試發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，建立假說；用測試技術(shù)對生產(chǎn)過程和結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和控制?？萍脊ぷ髡吆凸こ碳夹g(shù)人員必須學(xué)習(xí)和掌握一定的測試技術(shù)。二、測試技術(shù)的分類按測試方法的原理分：1、機(jī)械式測試技術(shù)（包括液壓式）2、電磁式測試技術(shù)3、光學(xué)式測試技術(shù)4、聲學(xué)式測試技術(shù)5、其他物理效應(yīng)測試技術(shù)（如微波、激光、同位素）“非電量電測法”測試技術(shù)把非電量轉(zhuǎn)換為電量，用電測的方法來測量非電量。對電量（電阻、電位、電壓）的測試技術(shù)已成熟。電測法的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、反應(yīng)迅速、連續(xù)測量、遙測、自動(dòng)記錄。三、礦壓測試技術(shù)的含義研究對象：測試與礦山壓力顯現(xiàn)的有關(guān)物理參量（如:頂板下沉量、支架載荷、煤體應(yīng)力等）測試的儀器儀表的工作原理；測試的方法；數(shù)據(jù)的分析與整理。四、有關(guān)本課程的教學(xué)課程特點(diǎn)：涉及(物理、力學(xué)、電學(xué)、礦壓理論）的知識(shí)面廣、實(shí)踐性強(qiáng)。教學(xué)方法：課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、作業(yè)練習(xí)。教學(xué)參考書：1《地下工程測試?yán)碚撆c監(jiān)測技術(shù)》夏才初、李永盛編著，同濟(jì)大學(xué)出版社。2、《礦山壓力實(shí)測技術(shù)》，周楚良編，中國礦業(yè)大學(xué)出版社成績評定：出勤10％；作業(yè)10％；實(shí)驗(yàn)10％；考試70％。第一章測試技術(shù)的理論基礎(chǔ)

測試技術(shù)是測量技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的總稱。現(xiàn)代測試技術(shù)是伴隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展和生產(chǎn)力水平的提高而發(fā)展起來的。測試水平的高低是一個(gè)國家科技現(xiàn)代化的標(biāo)志。當(dāng)代測試技術(shù)的功用：

（1）各種參數(shù)的測定；（2）自動(dòng)化過程中參數(shù)的反饋、調(diào)節(jié)和自控;(3)現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測和監(jiān)控；（4）實(shí)驗(yàn)過程中的參數(shù)測量和分析。當(dāng)代測試技術(shù)的發(fā)展方向：高精度、小型化和智能化

§l-l測試系統(tǒng)的組成及其主要性能指標(biāo)

為了完成某項(xiàng)測試任務(wù)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，必須建立和配置自己的測試系統(tǒng)，所以要了解測試系統(tǒng)。按照信號(hào)傳遞方式來分，常用的測試系統(tǒng)可分為：模擬式測試系統(tǒng)和數(shù)字式測試系統(tǒng)。一、測試系統(tǒng)的組成一個(gè)測試系統(tǒng)可以由一或若干個(gè)功能單元所組成。對被測對象所輸出的特征信息進(jìn)行采集、變換、傳輸、分析、處理、判斷和顯示記錄，最終獲得測試目的所需的信息。典型的力學(xué)測試系統(tǒng)1．荷載系統(tǒng)

荷載系統(tǒng)是使被測對象處于一定的受力狀態(tài)下，使被測對象(試件)有關(guān)的力學(xué)量之間聯(lián)系充分顯露出來，以便進(jìn)行有效測量的一種專門系統(tǒng)。

2．測量系統(tǒng)

測量系統(tǒng)由傳感器、中間變換和測量電路組成，它把被測量(如力、位移等)通過傳感器變成電信號(hào)，經(jīng)過后接儀器的變換、放大、運(yùn)算，變成易于處理和記錄的信號(hào)。

3．信號(hào)處理系統(tǒng)

信號(hào)處理系統(tǒng)是將測量系統(tǒng)的輸出信號(hào)進(jìn)一步進(jìn)行處理以排除干擾。

4．顯示和記錄系統(tǒng)

顯示和記錄系統(tǒng)是測試系統(tǒng)的輸出環(huán)節(jié)，它是將對被測對象所測得的有用信號(hào)及其變化過程顯示或記錄(或存儲(chǔ))下來。數(shù)據(jù)顯示可以用各種表盤、電子示波器和顯示屏來實(shí)現(xiàn)；而數(shù)據(jù)記錄則可采用函數(shù)記錄儀、光線示波器等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。二、測試系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

1.測試系統(tǒng)的精度和誤差

測試系統(tǒng)的精度是指測試系統(tǒng)給出的指示值和被測量的真值的接近程度。2．穩(wěn)定性

儀器示值的穩(wěn)定性有兩種指標(biāo)。一是時(shí)間上的穩(wěn)定性以穩(wěn)定度表示（反映儀器中隨機(jī)性波動(dòng)、周期性波動(dòng)、漂移等因素引起的示值變化)；二是儀器外部環(huán)境和工作條件變化(溫度、壓力、震動(dòng)、電源電壓頻率波動(dòng)）所引的不穩(wěn)定性，以各種影響系數(shù)表示。3．測量范圍(量程)系統(tǒng)在正常工作時(shí)所能測量的最大量值范圍，稱為測量范圍，或稱量程。在動(dòng)態(tài)測量時(shí)，還需同時(shí)考慮儀器的工作頻率范圍。4．分辨率

分辨率是指系統(tǒng)可能檢測到的被測量的最小變化值，也叫靈敏閾。若某一位移傳感器

的分辨率是0．5μm，則當(dāng)被測的位移小于0．5μm時(shí)，傳感器將沒有反應(yīng)。通常要求測定儀器在零點(diǎn)和90％滿量程點(diǎn)的分辨率。一般來說，分辨率的數(shù)值愈小愈好。

5．傳遞特性

傳遞特性是表示測量系統(tǒng)輸入與輸出對應(yīng)關(guān)系的性能。靜態(tài)測量動(dòng)態(tài)測量描述測試系統(tǒng)靜態(tài)測量時(shí)輸入—輸出函數(shù)關(guān)系的方程、圖形、參數(shù)稱為測試系統(tǒng)的靜態(tài)傳遞特性。描述測試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測量時(shí)的輸入—輸出函數(shù)關(guān)系的方程、圖形、參數(shù)稱為測試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)傳遞特性。

§1—2線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)

一、測試系統(tǒng)與線性系統(tǒng)

對測試系統(tǒng)的要求是保證系統(tǒng)的輸出能精確地反映輸入。輸出與輸入之間有確定的關(guān)系。理想的測試系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)。若系統(tǒng)的輸入x(t)和輸出y(t)之間關(guān)系可以用常系數(shù)線性微分方程式來表示，則該系統(tǒng)稱為線性時(shí)不變系統(tǒng)，簡稱線性系統(tǒng)。其內(nèi)部參數(shù)也不隨時(shí)間的變化而變化，信號(hào)的輸出與輸入和信號(hào)加入的時(shí)間無關(guān)。在研究線性測試系統(tǒng)時(shí)，對系統(tǒng)中的任一環(huán)節(jié)(如傳感器、運(yùn)算電路等)都可簡化為一個(gè)方框圖，并用x(t)表示輸入量，y(t)表示輸出量，h(t)表示系統(tǒng)的傳遞關(guān)系，則三者之間的關(guān)系可用圖1—3表示。

二、線性系統(tǒng)的主要特性

1.疊加性和比例性若x1(t)→y1(t)：x2(t)→y2(t)及c1x1(t)→c1y1(t)：c2x2(t)→c2y2(t)則c1x1(t)±c2x2(t)→c1y1(t)±c2y2(t)式中，c1，c2為任意常數(shù)。同時(shí)作用于系統(tǒng)的兩個(gè)任意輸入量所引起的輸出量，等于該兩個(gè)任意輸入量單獨(dú)作用于該系統(tǒng)時(shí)所引起的輸出量之和，其值仍與c1，c2成比例關(guān)系。

二、線性系統(tǒng)的主要特性

2.微分特性若x(t)→y(t)，則

即

系統(tǒng)對輸入微分的響應(yīng)，等同于對原輸入響應(yīng)的微分。

3.

積分特性

若x(t)→y(t)，則

即如果系統(tǒng)的初始條件為零，則系統(tǒng)對輸入積分的響應(yīng)等同于對原輸入響應(yīng)的積分。例如，如測得某物振動(dòng)速度的響應(yīng)函數(shù)，便可分別利用積分特性和微分特性作數(shù)學(xué)運(yùn)算，求得該系統(tǒng)的位移和加速度的響應(yīng)函數(shù)。

4．頻率保持特性

若輸入為正弦信號(hào)x(t)=Asin(ωt)則輸出函數(shù)必為y(t)=Bsin(ωt+φ)即線性系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出的頻率恒等于輸入的頻率，但其幅值和相位均有變化。該性質(zhì)說明了一個(gè)系統(tǒng)如果處于線性工作范圍之內(nèi)，當(dāng)其輸入信號(hào)是某一頻率的周期函數(shù)時(shí)，它的穩(wěn)態(tài)輸出一定也是與輸入信號(hào)同頻率的周期函數(shù)，只是幅值和相位有所變化。若系統(tǒng)中的輸出信號(hào)存在著其他頻率，可以認(rèn)為是外界干擾的輸入或系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲等原因造成的，并應(yīng)設(shè)法予以消除。

§1—3測試系統(tǒng)的靜態(tài)傳遞特性及其主要參數(shù)

一、靜態(tài)方程和標(biāo)定曲線靜態(tài)傳遞特性方程(簡稱靜態(tài)方程)斜率s(也稱標(biāo)定因子)是常數(shù)表示靜態(tài)(或動(dòng)態(tài))方程的圖形稱為測試系統(tǒng)的標(biāo)定曲線(又稱特性曲線，率定曲線，定度曲線)。二、測試系統(tǒng)的主要靜態(tài)特性參數(shù)1．靈敏度對測試系統(tǒng)輸入一個(gè)變化量△x，就會(huì)相應(yīng)地輸出另一個(gè)變化量△y，則測試系統(tǒng)的靈敏度為線性系統(tǒng)的測量靈敏度為常數(shù)靈敏度S是系統(tǒng)特性曲線的斜率

二、測試系統(tǒng)的主要靜態(tài)特性參數(shù)2．線性度(直線度)標(biāo)定曲線[圖1—5(b)中曲線2]與理想直線[圖1—5(b)中曲線1]的接近程度稱為測試系統(tǒng)的線性度。若在系統(tǒng)的標(biāo)稱輸出范圍(全量程)A內(nèi)，標(biāo)定曲線與參考理想直線的最大偏差為B，則線性度δf可用下式表示：

二、測試系統(tǒng)的主要靜態(tài)特性參數(shù)

3．回程誤差

回程誤差系指在相同測試條件下和全量程范圍A內(nèi)，在輸入由小增大和由大減小的行程中對于同一輸入值所得到的兩個(gè)輸出值之間的最大差值hmax與A的比值的百分率，即

回程誤差是由滯后現(xiàn)象和系統(tǒng)的不工作區(qū)(即死區(qū))引起的。前者在磁性材料的磁化過程和材料受力變形的過程中產(chǎn)生。系統(tǒng)的死區(qū)是指輸入變化時(shí)輸出無相應(yīng)變化的范圍，機(jī)械摩擦和間隙是產(chǎn)生死區(qū)的主要原因

§1—5測試系統(tǒng)選擇的原則

1．靈敏度靈敏度高，能測微小的物理變化量，同時(shí)也會(huì)對引入系統(tǒng)的噪聲進(jìn)行放大，因此要求系統(tǒng)的信噪比越大越好。靈敏度高，測量范圍小，穩(wěn)定性差。2．準(zhǔn)確度

表示測試結(jié)果與真值的一致程度。準(zhǔn)確度越高，測量結(jié)果中包含的測試系統(tǒng)誤差越?。粶?zhǔn)確度越高，價(jià)格就越貴。由若干臺(tái)準(zhǔn)確度不同的儀器組成的測試系統(tǒng)，測試結(jié)果的準(zhǔn)確度取決于準(zhǔn)確度最低的那臺(tái)儀器。配置儀器時(shí)力求同等準(zhǔn)確度或前面高與后面。精確度與準(zhǔn)確度概念不同。3．響應(yīng)特性

在測定頻率范圍內(nèi)不失真；延遲時(shí)間短。4．線性范圍

在線性范圍內(nèi)，輸出與輸入之間保持不變的比例關(guān)系，可以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。在近似線性區(qū)間內(nèi)工作時(shí)，要進(jìn)行修正。5．穩(wěn)定性：表示測試系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，輸入輸出的特性保持不變的能力。影響因素：時(shí)間、環(huán)境條件、儀器的元件等。零飄－輸入量為零時(shí)，存在輸出量的現(xiàn)象叫零飄。漂移－輸入量不變，而輸出量隨時(shí)間改變的現(xiàn)象叫漂移。6．測量方式接觸式與非接觸式，機(jī)械量測與電測、在線測量與非在線測量等測量方式不同，對測試系統(tǒng)的要求也不同。7．各特性參數(shù)之間的配合

靈敏度、量程、阻抗匹配§1—5測試系統(tǒng)選擇的原則

本章重點(diǎn)內(nèi)容1