矿压测试技术

1、矿压测试技术绪论一、测试技术的实质和意义二、测试技术的分类三、矿压测试技术的含义四、有关本课程的教学一、测试技术的实质和意义测试人们借助于一定的手段，通过实际的测量方法，对客观现象和自然现象取得数量上和质量上的认识过程。任何一事物和现象都可以用一些特征的物理量或物理参数的数值大小及其变化规律的信息来描述，而测试技术测试技术就是研究这些信息的获得、传输和变换、显示记录和分析处理的原理和方法的。测试技术的实质 测试技术测试技术就是测量工具和测量方法的 统称。 测试技术测试技术是测量技术和实验技术的总称。 测试 分类： 现场测试：在现场对实物原 型进测 试； 实验测试：实验室内对模型测试。 信息 I

2、nformation 信息论中的术语，通常把消息中有意义的内容称为信息。无标准定义。信息是事务现象及其属性标识的集合。信息以物质介质为载体,传递和反映世界各种事物存在方式运动状态的表征。 1948年，美国数学家、信息论的创始人仙农在题为“通讯的数学理论”的论文中指出：“信息是用来消除随机不定性的东西”。 1948年，美国著名数学家、控制论的创始人维纳在控制论一中，指出：“信息就是信息，既非物质，也非能量。” 信息是确定性确定性的增加增加。 物质、能量和信息是构成世界的三大要素。 静态信息: 信息（参数）不随时间而变化。动态信息：参数的数值随时间而变化。 测试的结果可用数字、图表或曲线表示。测试

3、技术的意义 科学理论和科研成果要通过测试来验证； 通过测试发现新现象，建立假说； 用测试技术对生产过程和结果进行检验和控制。 科技工作者和工程技术人员必须学习和掌握一定的测试技术。二、测试技术的分类 按测试方法的原理分： 1、机械式测试技术（包括液压式） 2、电磁式测试技术 3、光学式测试技术 4、声学式测试技术 5、其他物理效应测试技术（如微波、激光、同位素）“非电量电测法”测试技术 把非电量转换为电量，用电测的方法来测量非电量。 对电量（电阻、电位、电压）的测试技术已成熟。电测法的优点：灵敏度高、反应迅速、连续测量、遥测、自动记录。三、矿压测试技术的含义 研究对象：测试与矿山压力显现的有关

4、物理参量（如:顶板下沉量、支架载荷、煤体应力等） 测试的仪器仪表的工作原理； 测试的方法； 数据的分析与整理。四、有关本课程的教学 课程特点：涉及(物理、力学、电学、矿压理论）的知识面广、实践性强。 教学方法：课堂教学、实验教学、作业练习。 教学参考书： 1地下工程测试理论与监测技术 夏才初、李永盛 编著，同济大学出版社。 2、矿山压力实测技术，周楚良 编，中国矿业大学出版社 成绩评定：出勤10；作业10；实验10；考试70。第一章 测试技术的理论基础 测试技术是测量技术和实验技术的总称。 现代测试技术是伴随科学技术发展和生产力水平的提高而发展起来的。测试水平的高低是一个国家科技现代化的标志。

5、 当代测试技术的功用： （1）各种参数的测定； （2）自动化过程中参数的反馈、调节和自控; (3) 现场实时检测和监控； （4）实验过程中的参数测量和分析。 当代测试技术的发展方向：高精度、小型化和智能化l-l 测试系统的组成及其主要性能指标测试系统的组成及其主要性能指标 为了完成某项测试任务，达到实验目的，必须建立和配置自己的测试系统，所以要了解测试系统。 按照信号传递方式来分，常用的测试系统可分为：模拟式测试系统和数字式测试系统。 一、测试系统的组成 一个测试系统可以由一或若干个功能单元所组成。 对被测对象所输出的特征信息进行采集、变换、传输、分析、处理、判断和显示记录，最终获得测试目的所

6、需的信息 。 典型的力学测试系统1荷载系统 荷载系统是使被测对象处于一定的受力状态下，使被测对象(试件)有关的力学量之间联系充分显露出来，以便进行有效测量的一种专门系统。2测量系统 测量系统由传感器、中间变换和测量电路组成，它把被测量(如力、位移等)通过传感器变成电信号，经过后接仪器的变换、放大、运算，变成易于处理和记录的信号。3信号处理系统 信号处理系统是将测量系统的输出信号进一步进行处理以排除干扰。 4显示和记录系统 显示和记录系统是测试系统的输出环节，它是将对被测对象所测得的有用信号及其变化过程显示或记录(或存储)下来。数据显示可以用各种表盘、电子示波器和显示屏来实现； 而数据记录则可采

7、用函数记录仪、光线示波器等设备来实现。 二、测试系统的主要性能指标二、测试系统的主要性能指标 1.测试系统的精度和误差 测试系统的精度是指测试系统给出的指示值和被测量的真值的接近程度。2稳定性 仪器示值的稳定性有两种指标。一是时间上的稳定性以稳定度表示（反映仪器中随机性波动、周期性波动、漂移等因素引起的示值变化)；二是仪器外部环境和工作条件变化(温度、压力、震动、电源电压频率波动）所引的不稳定性，以各种影响系数表示。3测量范围(量程) 系统在正常工作时所能测量的最大量值范围，称为测量范围，或称量程。在动态测量时，还需同时考虑仪器的工作频率范围。4分辨率 分辨率是指系统可能检测到的被测量的最小变

8、化值，也叫灵敏阈。若某一位移传感器 的分辨率是05m，则当被测的位移小于05m时，传感器将没有反应。通常要求测定仪器在零点和90满量程点的分辨率。一般来说，分辨率的数值愈小愈好。 5传递特性 传递特性是表示测量系统输入与输出对应关系的性能。静态测量 动态测量 描述测试系统静态测量时输入输出函数关系的方程、图形、参数称为测试系统的。描述测试系统动态测量时的输入输出函数关系的方程、图形、参数称为测试系统的。 12 线性系统及其主要性质线性系统及其主要性质 一、测试系统与线性系统一、测试系统与线性系统 对测试系统的要求是保证系统的输出能精确地反映输入。输出与输入之间有确定的关系。理想的测试系统应当是

9、一个线性时不变系统。 若系统的输入x(t)和输出y(t)之间关系可以用常系数线性微分方程式来表示，则该系统称为线性时不变系统，简称线性系统 。 其内部参数也不随时间的变化而变化，信号的输出与输入和信号加入的时间无关。 在研究线性测试系统时，对系统中的任一环节(如传感器、运算电路等)都可简化为一个方框图，并用x(t)表示输入量，y(t)表示输出量，h(t)表示系统的传递关系，则三者之间的关系可用图13表示。 二、线性系统的主要特性二、线性系统的主要特性 1. 叠加性和比例性 若 x1(t)y1(t)： x2(t)y2(t) 及 c1x1(t)c1y1(t)： c2x2(t)c2y2(t) 则 c

10、1x1(t) c2x2(t)c1y1(t) c2y2(t) 式中，c1，c2为任意常数。 同时作用于系统的两个任意输入量所引起的输出量，等于该两个任意输入量单独作用于该系统时所引起的输出量之和，其值仍与c1，c2成比例关系。 二、线性系统的主要特性二、线性系统的主要特性 2.微分特性若 x(t)y(t) ，则 即 系统对输入微分的响应，等同于对原输入响应的微分。 dttdydttdx)()(3. 积分特性 若 x(t)y(t)，则 即 如果系统的初始条件为零，则系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分。例如，如测得某物振动速度的响应函数，便可分别利用积分特性和微分特性作数学运算，求得该系统

11、的位移和加速度的响应函数。 ttdttydttx00)()(4频率保持特性 若输入为正弦信号 x(t)=Asin(t)则输出函数必为 y(t)=Bsin(t+) 即线性系统在稳态时输出的频率恒等于输入的频率，但其幅值和相位均有变化。该性质说明了一个系统如果处于线性工作范围之内，当其输入信号是某一频率的周期函数时，它的稳态输出一定也是与输入信号同频率的周期函数，只是幅值和相位有所变化。若系统中的输出信号存在着其他频率，可以认为是外界干扰的输入或系统内部的噪声等原因造成的，并应设法予以消除。 13 测试系统的静态传递特测试系统的静态传递特性及其主要参数性及其主要参数 一、静态方程和标定曲线 静态传

12、递特性方程(简称静态方程) 斜率s(也称标定因子)是常数 表示静态(或动态)方程的图形称为测试系统的标定曲线(又称特性曲线，率定曲线，定度曲线)。 sxxaby00二、测试系统的主要静态特性参数二、测试系统的主要静态特性参数1灵敏度 对测试系统输入一个变化量x，就会相应地输出另一个变化量y，则测试系统的灵敏度为 线性系统的测量灵敏度为常数 灵敏度S是系统特性曲线的斜率 xys二、测试系统的主要静态特性参数二、测试系统的主要静态特性参数2线性度(直线度) 标定曲线图15(b)中曲线2与理想直线图15(b)中曲线1的接近程度称为测试系统的线性度 。 若在系统的标称输出范围(全量程)A内，标定曲线与

13、参考理想直线的最大偏差为B，则线性度f可用下式表示： %100ABf二、测试系统的主要静态特性参数二、测试系统的主要静态特性参数 3回程误差 回程误差系指在相同测试条件下和全量程范围A内，在输入由小增大和由大减小的行程中对于同一输入值所得到的两个输出值之间的最大差值hmax与A的比值的百分率，即 回程误差是由滞后现象和系统的不工作区(即死区)引起的。前者在磁性材料的磁化过程和材料受力变形的过程中产生。系统的死区是指输入变化时输出无相应变化的范围，机械摩擦和间隙是产生死区的主要原因 %100maxAhh15 测试系统选择的原则测试系统选择的原则 1灵敏度 灵敏度高，能测微小的物理变化量，同时也会

14、对引入系统的噪声进行放大，因此要求系统的信噪比越大越好。灵敏度高，测量范围小，稳定性差。 2准确度 表示测试结果与真值的一致程度。准确度越高，测量结果中包含的测试系统误差越小；准确度越高，价格就越贵。由若干台准确度不同的仪器组成的测试系统，测试结果的准确度取决于准确度最低的那台仪器。配置仪器时力求同等准确度或前面高与后面。精确度与准确度概念不同。 3响应特性 在测定频率范围内不失真；延迟时间短。 4线性范围 在线性范围内，输出与输入之间保持不变的比例关系，可以保证测量结果的准确度。在近似线性区间内工作时，要进行修正。 5稳定性： 表示测试系统在规定的条件下，输入输出的特性保持不变的能力。影响因素：时间、环境条件、仪器的元件等。 零飘输入量为零时，存在输出量的现象叫零飘。 漂移输入量不变，而输出量随时间改变的现象叫漂移。 6测量方式 接触式与非接触式，机械量测与电测、在线测量与非在线测量等测量方式不同，对测试系统的要求也不同。 7各特性参数之间的配合 灵敏度、量程、阻抗匹配15 测试系统选择的原则测试系统选择的原则 本章重点内容 1、测试系统的组成单元； 2、测试系