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水工结构模型试验量测技术

2020-04-09 21:01

在水工结构模型试验中,量测控制加荷量和采集试验中得出的有关物理量值的方法以及对这些数据进行分析处理的装置及技术。试验中通常需要量测的物理量有力、压力、应力、应变、位移、相对位移、裂缝开度、速度、频率、加速度、动应力、温度等。量测这些物理量可通过机测、电测、光测等多种手段,但从发展趋势看,许多机测、光测的结果最后都转换成电信号以便应用先进的电测仪器,故非电量的电测技术已发展成专门的学科并已有了长足的发展。

近代试验量测技术是以出现各种各样多用途高精度的传感器以及以电子计算机为核心的多功能高效率的电子量测系统两大技术为其最明显的特征。例如作为应变传感器最常用的电阻应变片,由于制作工艺的提高,已能生产出标距仅为1mm甚至更小的微型箔式应变片,可以量测模型中的点应变或应力集中。电测法量测位移的传感器有应变片式的、差动变压器式的、电感式的和非接触涡流式的。量测荷载的传感器有电阻式的和差动变压器式的。传感器的型式和种类很多,用途广泛,可根据需要选用。数字式传感器及压敏元件传感器发展迅速,并把微型电子集成线路与传感器组合在一起,构成高灵敏度、稳定性好、多功能的新型传感器。

与传感器配套的电子量测系统,发展也异常迅速。如静态结构模型试验中经常采用的静态巡回检测系统(图1)。

图1 静态巡回检测系统框图

该系统可分为数据采集及数据处理两部分。前者包括试验中量测模型位移、应变、压力等的各种传感器,它们的功能就是将所量测到的位移、应变、压力等非电物理量变为可量测的电物理量;信号调节器是用以确定电量与非电量的量化关系;多路模拟开关是在多测点量测时用以快速切换测点(最快时可每秒切换20个测点);A/D是用以数模转换,为输入计算机做准备。后者是通过计算机进行数据处理,可得出需要表达的各项成果。动力结构模型试验的动态电子量测系统,见图2。

现代动态试验电子量测系统与电子计算机结合,微型的前置放大器亦可与传感器结合,整个系统体积小,速度快,功能齐全,有的与高性能振动台配套设置。

结构模型试验的光测法包括偏振光法、激光散斑干涉法、云纹法和激光全息干涉法等。偏振光法(即光弹试验)技术比较成熟,多用于研究三维空间复杂结构的应力分析问题。散斑干涉法可获得平面模型的全场位移信息。20世纪末光导纤维量测技术(简称光纤量测技术)发展迅速,其优点是量测精度高,抗干扰性能强(包括温湿度及微波和射频辐射等的影响),便于遥控遥测。用它可进行温度、压力、应变、位移等项的量测。已能生产出多种用途多种规格的光纤传感器以及与之配套的多种信号调节器,光纤量测技术已成功地应用于原体结构的温度与应变的量测,并已开始在结构模型试验中应用。

试验量测技术已有很大的发展。发展较快的有光纤技术(optic fiber)、CT扫描、内部CT、声发射、位移小型化、应变仪(deformeter),微型测位器、内部应变仪(deformeter)等。

图2 动态电子量测系统框图

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