浙江省結(jié)構(gòu)檢測上崗證培訓資料1課件

結(jié)構(gòu)檢測的儀器、儀表和設(shè)備及基本原理王柏生結(jié)構(gòu)檢測的儀器、儀表和設(shè)備及基本原理王柏生1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)換成儀器檢測量顯示或記錄部分：將儀器檢測量顯示或記錄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2機械式百分表機械式百分表3結(jié)構(gòu)檢測儀器分類機械式、電測、光測等，還有結(jié)合的測應(yīng)變、測位移、測裂縫、測力（荷載）、壓力（水、油、氣）、溫度、振動（加速度、速度、位移）、硬度等等無損檢測類、微損檢測類、破損檢測類結(jié)構(gòu)檢測儀器分類機械式、電測、光測等，還有結(jié)合的4主要技術(shù)（性能）指標量程（量測范圍）：所能量測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量值最小的變化量。精確度（精度）：儀器、儀表量測指示值與被測值的符合程度，常用滿量程相對誤差表示。靈敏度：被測量發(fā)生單位變化引起儀器、儀表指示值的變化值。主要技術(shù)（性能）指標量程（量測范圍）：所能量測的最小至最大5靜載試驗對儀器、儀表的基本要求結(jié)構(gòu)靜載試驗對儀器、儀表的基本要求是：1．性能指標必須滿足試驗的具體要求，如：量程和精度要足夠，靈敏度要合適，并不是越高越好。精度要求最大測試誤差不超過5%，而量程建議采用最大被測值的1.25~2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、自動化程度高、使用方便；4．對環(huán)境的適應(yīng)性要強，并且攜帶方便、可靠耐用；5．定期鑒定，并有記錄；對生產(chǎn)鑒定性試驗，使用的儀器、儀表必須由法定授權(quán)單位進行鑒定，并出具鑒定報告。靜載試驗對儀器、儀表的基本要求結(jié)構(gòu)靜載試驗對儀器、儀表的基本6測試儀器的標(檢)定所有結(jié)構(gòu)測試儀器都需要檢定、校準或標定；定期、不定期，使用前、后等等；按照規(guī)范要求、計量認證要求。例：回彈儀，新使用前、超6000次、率定不合格時要鑒定，使用前要率定；油壓千斤頂，使用前要標定。測試儀器的標(檢)定所有結(jié)構(gòu)測試儀器都需要檢定、校準或標定7應(yīng)變測量的原理和方法應(yīng)變計結(jié)構(gòu)應(yīng)變ε=du/dL≈⊿u/⊿L，從數(shù)學上，⊿L越小越精確，實際上，材料不均勻性要求⊿L足夠大，因此：對鋼結(jié)構(gòu)，材料均勻性好，可采用小標距應(yīng)變計；對混凝土結(jié)構(gòu)，非均質(zhì)材料，應(yīng)采用較大標距應(yīng)變計，一般要求標距大于3倍的最大粗骨料直徑。應(yīng)變測量的原理和方法應(yīng)變計8電阻應(yīng)變測試原理電阻應(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)，是應(yīng)變片能真實反映結(jié)構(gòu)應(yīng)變的保障。溫度補償：溫度補償片法、工作片自補償法。電阻應(yīng)變測試原理電阻應(yīng)變：結(jié)構(gòu)應(yīng)變→應(yīng)變片電阻變化→電橋平衡9電阻應(yīng)變片(a)、(d)、（e）、(f)、(h)－箔式電阻應(yīng)變計；、(b)—絲繞式電阻應(yīng)變計；(c)—短接式電阻應(yīng)變計；(g)—半導體應(yīng)變計；(i)焊接電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變片(a)、(d)、（e）、(f)、(h)－箔式電阻應(yīng)10電阻應(yīng)變計原理

電阻應(yīng)變計原理11應(yīng)變計的選用應(yīng)變計的選用通常應(yīng)注意以下幾項主要技術(shù)指標：（1）標距l(xiāng)指敏感柵在縱軸方向的有效長度，根據(jù)應(yīng)變場大小和被測材料的勻質(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120Ω設(shè)計，但60～600Ω應(yīng)變計均可使用。當用非120Ω應(yīng)變計時，測定值應(yīng)按儀器的說明加以調(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)過抽樣試驗確定。使用時，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)對結(jié)果作修正。（5）溫度使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－20℃～＋60℃；經(jīng)化學作用而固化的膠合劑的工作溫度約為－60℃～＋200℃。應(yīng)變計的選用應(yīng)變計的選用通常應(yīng)注意以下幾項主要技術(shù)指標：12電橋平衡電橋平衡13應(yīng)變片粘貼技術(shù)具體的粘貼工藝如下：1）應(yīng)變片檢查分選，可采先用放大鏡進行外觀檢查，要求應(yīng)變片無氣泡、霉斑、銹點，柵極平直、整齊、均勻；然后用萬用表檢查，應(yīng)無短路或短路情況，阻值誤差不應(yīng)超過0.5%。2）測點處理，先檢查測點表面狀況，要求測點平整、無缺陷、無裂縫等；然后采用砂紙或磨光機進行打磨，要求表面平整、無銹、無浮漿等，光潔度達到▽5；再用棉花蘸丙酮或酒精清洗，要求棉花干擦時無痕跡；必要時（如混凝土結(jié)構(gòu)）還打底，可采用環(huán)氧樹脂，要求膠層厚度在0.05~0.1mm，硬化后用0號砂紙磨平；最后用鉛筆等給測點畫十字定位，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，測點上也敷上薄膠，對準位置放上片子；然后在應(yīng)變片上蓋一小片玻璃紙，用手指沿一個方向滾壓，擠出多余膠水；最后用手指輕壓至膠具有一定強度，松手后應(yīng)變片不會產(chǎn)生滑動。應(yīng)變片粘貼技術(shù)具體的粘貼工藝如下：14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間，對有些膠，在氣溫較低、濕度較大時需要進行人工加溫，可采用紅外線燈或電熱吹風，但加熱溫度不應(yīng)超過50?C，受熱應(yīng)均勻。5）粘貼質(zhì)量檢查，先用放大鏡檢查外觀，應(yīng)變片應(yīng)無氣泡、粘貼牢固、方位準確；再用萬用表檢查是否短路或斷路以及電阻值有無變化等，并檢查應(yīng)變片與試件的絕緣度情況等，也可以接入應(yīng)變儀檢查零點漂移情況，要求不大于2με/15Min。6）導線連接，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線，以保證輕微拉動導線時引出線不被拉斷；然后用電烙鐵焊接導線與引出線，要求焊點飽滿、無虛焊。7）最后進行防潮處理，要求應(yīng)變片全部被防潮劑覆蓋，余5mm左右，并采用適當措施進行必要的防護，防止機械損壞。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間，15溫度補償技術(shù)補償片法工作片△補償片溫度補償技術(shù)補償片法工作片△補償片16溫度補償技術(shù)工作片法溫度補償技術(shù)工作片法17千分表應(yīng)變測試測試應(yīng)變=千分表讀數(shù)差/標距L分辨力=1/1000L（L用毫米單位）千分表應(yīng)變測試測試應(yīng)變=千分表讀數(shù)差/標距L18振弦式應(yīng)變傳感器根據(jù)弦的自振頻率變化來反映結(jié)構(gòu)應(yīng)變振弦式應(yīng)變傳感器根據(jù)弦的自振頻率變化來反映結(jié)構(gòu)應(yīng)變19振弦式應(yīng)變傳感器式中：f—金屬弦的振動頻率；k—1，2……；σ—金屬絲內(nèi)部張力；l—金屬絲長度；

—金屬絲密度。振弦式應(yīng)變傳感器20光纖（光柵）應(yīng)變傳感器光纖（光柵）應(yīng)變傳感器21光纖（光柵）應(yīng)變檢測原理光纖（光柵）應(yīng)變檢測原理22光纖（光柵）傳感器的原理通過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，從而達到改變光纖光柵的反射波長的目的，而反射波長和應(yīng)變、溫度、壓力、壓強等物理量成線性關(guān)系。光纖（光柵）傳感器的原理通過拉伸和壓縮光纖光柵，或者改變溫度23位移量測結(jié)構(gòu)試驗中常用的有：百分表（機械式）、電子百分表、電阻式位移計、差動電感式位移計、水準儀、經(jīng)緯儀，全站儀、傾角儀、連通水管位移測試裝置、GPS。大部分需要輔助裝置，如：表架、基準架、基準點等等。有些適合于大型、大跨度結(jié)構(gòu)，或野外檢測。位移量測結(jié)構(gòu)試驗中常用的有：百分表（機械式）、電子百分表、電24浙江省結(jié)構(gòu)檢測上崗證培訓資料1課件25浙江省結(jié)構(gòu)檢測上崗證培訓資料1課件26

長水準管電阻應(yīng)變式傾角傳感器長水準管27角位移間接測量1－位移計；2－固定支座3－機械豎桿；4－梁試件角位移間接測量28力的檢測力傳感器，可用于檢測試驗荷載、預(yù)應(yīng)力值、抗拔力、粘結(jié)力等。壓力檢測儀表：檢測油壓、水壓、氣壓等壓力表，檢測土壓力傳感器等。張力檢測儀表：張力儀、索力檢測儀。扭矩檢測：扭矩檢測儀、扭矩扳手等。有：機械式、電阻應(yīng)變式、振弦式等等。力的檢測力傳感器，可用于檢測試驗荷載、預(yù)應(yīng)力值、抗拔力、粘結(jié)29油壓表電阻應(yīng)變式力傳感器

油壓表電阻應(yīng)變30張力儀數(shù)顯扭矩扳手

張力儀數(shù)31裂縫檢測裂縫寬度檢測：讀數(shù)顯微鏡、數(shù)字式裂縫寬度檢測儀。裂縫檢測裂縫寬度檢測：讀數(shù)顯微鏡、數(shù)字式裂縫寬度檢測儀。32裂縫檢測裂縫出現(xiàn)檢測：應(yīng)變計、聲發(fā)射儀、導電漆膜等。裂縫深度檢測：超聲波檢測、鉆芯。通過應(yīng)變計或?qū)щ娖崮けO(jiān)測裂縫出現(xiàn)裂縫檢測裂縫出現(xiàn)檢測：應(yīng)變計、聲發(fā)射儀、導電漆膜等。通過應(yīng)變33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模擬量直接記錄在介質(zhì)上，數(shù)字式記錄則是把這個模擬量轉(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、磁帶和磁盤等。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34記錄與顯示儀器X-Y記錄儀

X-Y記錄儀傳動原理X-Y記錄儀使用聯(lián)接示意圖

記錄與顯示儀器X-Y記錄儀X-Y記錄儀傳動原理35記錄與顯示儀器光線示波器：也是一種常用的模擬式記錄器，主要用于振動測量的數(shù)據(jù)記錄，它將電信號轉(zhuǎn)換為光信號并記錄在感光紙或膠片上，得到的是試驗變量與時間的關(guān)系曲線。磁帶記錄儀：是一種常用的較理想的記錄器，可以用于振動測量和靜力試驗的數(shù)據(jù)記錄，它將電信號轉(zhuǎn)換成磁信號并記錄在磁帶上，得到的是試驗變量與時間的變化關(guān)系。記錄與顯示儀器光線示波器：也是一種常用的模擬式記錄器，主要用36數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由三個部分組成：傳感器部分、數(shù)據(jù)采集部分和計算機（控制和分析器）部分。大型專用系統(tǒng)分散式系統(tǒng)小型專用系統(tǒng)組合式系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由三個部分組成：傳感器部分、數(shù)據(jù)采37結(jié)構(gòu)試驗測試新技術(shù)聯(lián)網(wǎng)試驗技術(shù)利用計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)土木工程試驗或者監(jiān)測資源的共享和遠程數(shù)據(jù)處理。運用聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)遠程異地觀測和控制。能夠在試驗、計算、理論、數(shù)據(jù)庫、和模型模擬等方面實現(xiàn)分工，目前這一領(lǐng)域的研究也比較活躍。美國國家科學基金利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立起美國地震工程模擬系統(tǒng)，我國也已開始這方面的研究工作。結(jié)構(gòu)試驗測試新技術(shù)聯(lián)網(wǎng)試驗技術(shù)38結(jié)構(gòu)試驗測試新技術(shù)自檢測智能材料

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)出信號進行自我調(diào)節(jié)、自我修復的擬生命系統(tǒng)，可以有效地解決混凝土的強度監(jiān)測問題，具有損傷、裂縫實時監(jiān)測功能的同時具有快速自修復的功能，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個領(lǐng)域：①結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（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)對結(jié)構(gòu)的裂縫、變形、損傷、疲勞、溫度、腐蝕等狀態(tài)進行實時監(jiān)測）。②結(jié)構(gòu)的自增強、自適應(yīng)(裂縫的主動控制、裂縫自愈合、溫度自調(diào)節(jié)、變形控制等)。③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。結(jié)構(gòu)試驗測試新技術(shù)自檢測智能材料39振動檢測振動傳感器→放大器→動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀→記錄、分析、顯示（電腦）振動傳感器：相對式（需要基準）、絕對式（慣性式，普遍采用）慣性式傳感器的力學原理振動檢測振動傳感器→放大器→動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀→記錄、分析、顯示40慣性式傳感器的力學原理

慣性式傳感器的力學原理41幅頻特性曲線當

/

n>>1時幅頻特性曲線當/n>>1時42相頻特性曲線相頻特性曲線43加速度傳感器的幅頻特性當

/

n<<1，D<1時

加速度傳感器的幅頻特性當/n<<1，D<1時44加速度計幅頻特性曲線加速度計幅頻特性曲線45磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器46磁電式速度傳感器的主要技術(shù)指標靈敏度，振動方向感受到單位振動速度時，傳感器的輸出電壓[mV／(cm·s-1)]。頻率響應(yīng)，傳感器機械系統(tǒng)和機電轉(zhuǎn)換都有頻響問題，定義靈敏度隨所測振動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)計為0.5

0.7。磁電式速度傳感器的主要技術(shù)指標靈敏度，振動方向感受到單位振動47振動檢測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；4

輸出接頭振動檢測壓電式加速度