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电测法(力学参量)

2020-04-09 21:01

应用电子仪器对物理、力学参量进行量测的实验方法。电测法是将非电量转换成电量,并通过对电量的量测来检测物理、力学参量。它是实验力学中应用最多的一种方法, 也广泛应用于各种工程结构、机械设备及其模型的应力、应变、受力和变形等测量分析,除基本的静态、动态测试外,还可在高温、低温、高压液下、高速旋转、强磁场、核辐射等特殊条件下进行测量。

电测法由3大部分组成:电测系统;传感器;量测、显示、记录器。

电测系统

根据试验需要,由不同功能的电子仪器设备组成的量测系统。电测系统分为两大类:①静态电测系统。由传感器、量测电路、显示记录设备、数据采集和处理设备组成。②动态电测系统。由起振设备、传感器、量测电路、显示记录、数据采集和处理设备组成。

传感器

一种测量装置,能把被测物理量转换为有确定对应关系的电量输出,满足信息的记录、显示、传输、处理和控制要求。传感器是实现自动测量和控制的首要环节,在检测各种参数方面起到十分重要的作用。

常用的传感器有电阻应变计、振弦式应变计、电感式传感器、压电式传感器、电容式传感器和光传感器。

电阻应变计

将被测应变转换为电阻变化的元件,可进行静测,也可进行动测。应变计可分为金属应变计和半导体应变计。使用时可将应变计直接粘贴在构件上,与应变仪连接即可进行测试。若将应变片粘贴在专门设计的变形元件上,可制成适合各种用途的传感器,如拉压力、多维测力传感器、扭矩传感器、位移、加速度、脉动压力、裂缝扩展传感器等,其应用范围非常广。

振弦式应变计

利用金属弦线的振动频率随被测构件的变形而变化的原理制成。该仪器抗干扰能力强、性能稳定,可用于结构的应变、应力、基础反力、渗透压力、钢筋应力等的量测。将其与振弦频率计连接即可进行测试。

电感式传感器

利用线圈电感变化实现非电量电测的一种装置,可测量位移、应变、压力等参数。该仪器灵敏度高(能量测0.1 μm小位移和0.1″的角位移)、附加质量小、线性度好、重复性好,但不宜用于高频量测。可与电阻应变仪连接,也可用专测电感仪表进行测试。

压电式传感器

以某些电介质的压电效应,实现非电量的电测量,可测量能转换成力的物理量(如力、压力、加速度)。该仪器具有体积小、重量轻、灵敏度高、频带宽等优点,但低频特性差。用于加速度、压力、机械阻抗的量测。可与电荷放大器连接使用。

电容式传感器

将被测物理量转换为电容量的测量装置。它的测量范围大(相对变化量可超过100%),灵敏度高,动态响应时间短,能在恶劣环境中工作。但有寄生电容影响,用变间隙原理制成的电容式传感器输出为非线性的。

光传感器

由光检测元件与光导纤维信号传输回路组合而成的远距离测量系统,以及用纯电气方法进行检测而将其输出信号变换成光信号后用光导纤维来进行传输的连接型传感器。光传感器由3部分组成:发送检测,信号传输,接受处理。此外,光电阻式、压阻式、声发射式、磁阻式等类型的传感器应用也很广。

量测、显示、记录器

按照不同试验的要求,已制成各种系列电测仪器。例如,静态、静动态、超动态电阻应变仪,遥测应变仪,振弦频率仪等。显示记录器有超低频双线电子示波器、记忆示波器、函数记录器、光线示波器、磁带机及绘图、打印设备等。由于计算机存储量大,运行速度快,因而可将大量信息及其处理结果存储在磁盘上,可以随时调用,也可进行远程传送,实现信息共享;数字信号处理系统还可以进行分时操作及建立更完善的反馈控制系统,实现实时处理和在线控制。

电测法不仅用于一般工程上的静、动态试验,也可应用于断裂力学实验、复合材料、生物医学工程中,并广泛应用于特殊条件下(如高、低温,高压液下,运动构件,残余应力,真空,爆炸过程,核辐射等)的物理力学量的量测。但对于微型、非接触式、灵敏度高、稳定性好的新型传感器,光电式引电器,混凝土内部有关参数的量测技术,光导新技术的应用等方面还有待进一步研究。

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