测试应变仪器

1、,一、应变仪的发展 n 交流载波式应变仪， n 数字静态应变仪(60-70年代) n 多点测量系统 n 采集速度/采集容量/处理能力大的计算机数据采集系统(模拟集成电路技术),数据采集仪、快速数据采集仪 n 数字波形记录仪(爆炸/导弹等) n 多点、动态应变仪,应变仪若按其放大器的工作原理可分为 两类 直流放大式应变仪 交流载波放大式应变仪。 若按频率响应范围来分，可分为 静态电阻应变仪 动态电阻应变仪,n静态电阻应变仪 此类应变仪专测量不随时间变化或变化极缓 慢的应变而用 n动态电阻应变仪 此类应变仪是用来测量周期性或非周期性随时间而变化的应变。其测量方式为单桥偏位法，亦即应变仪将应变电桥的

2、输出电压放大后直接送到记录仪器，这种方法对桥压的稳定性，放大器的线性度以及增益性要求高。,电阻应变测试仪器的种类 1静态应变仪及数字静态应变仪 主要用于静态应变或静力实验中有关力学量 的测量。 当多点测量时，需配用多点预调平衡箱，以 解决多点切换和零点平衡问题。,交流供桥、双电桥零读数静态应变仪 n 两者施加相似的供桥电压，施加不同幅值得供桥电压是为了补偿应变片灵敏系数的差异。 n 利用双电桥线路，采用零读数法可以使测量结果既不受电源稳定性的影响，也不受放大器稳定性的影响，保证了较高的测量精度。,数字式电阻应变仪 n 由于直流放大器的性能提高，目前已普遍使用直放式的数字式电阻应变仪。 n 静态

3、应变仪与动态应变仪大多数电路相同或相似。但也有特殊的电路，,数字式电阻应变仪原理,补偿,R3RWRWRW,RaRaRa,R4,AAEg,B B C D,B B C D,VI+ 0 Vi-,VI+,放大器,Vi-,DH3818内部桥路图,R3RaRWRaRWRaRW,补偿R4,A B,A B,Eg,VI+,B C D,B C D,0 Vi-,（1/4桥接法时） 单臂,VI+ Vi-,放大器,DH3818内部桥路图,R3RaRWRaRWRaRW,补偿R4,A B,A B,Eg,VI+,B C D,B C D,0 Vi-,（半桥接法时）,VI+ Vi-,放大器,DH3818内部桥路图,R3RaRWR

4、aRWRaRW,补偿R4,A B,A B,Eg,VI+,B C D,B C D,0 Vi-,（全桥接法时）,VI+ Vi-,放大器,DH3818内部桥路图,测量电路平衡的调节 R5 R6,预调平衡可通过多种方法实现。一种为初读数记忆式，另一种为D/A转换器补偿式。这种应变仪操作时按下清零（或平衡）键后，仪器记下此时的初读数，并在以后的显示中扣除初读数。当然对电桥的不平衡仍然有一定的要求。,3动态应变仪 n 主要用于各种机械振动引起的动态应变测量，适用频率在10005000Hz以下。,交流载波式应变仪 (常用) n 它由载波振荡器提供电桥交流电源，测量电桥中还有电阻平衡和电容平衡调整电路，其组成

5、包括测量电桥载波振荡器、放大器、相敏检波器、低通滤波器和稳压源等,动态应变仪 1 测量电桥 (应变电桥:预调平衡电桥;应变标定电路) 由载波振荡器提供交流电源,接到电阻应变仪,可以接成不同桥路,包括电阻平衡/电容平 衡.可以提供补偿和平衡桥臂. 由于电阻应变片的阻值不可能完全相等,测量导线的电阻及接触点电阻不可能完全一致,以及分布电容的影响.在测量电桥前就失去平衡,而且不平行度有可能大于应变片变形所能引起的,从而使仪器无法正常工作.因此必须采用预调平衡,n 测量前应标定,向记录仪器提供一标准应变信号,作为记录的比例尺.,n 2读数电桥(零读数),3交流载波放大器,接受电桥的输出电压,只放大载波

6、调幅电压,滤掉直流,放大后的输出电压送到相敏检波器,还原成原信号 n 4 相敏检波器 n 放大后仍为调幅波,经过相敏检波器,还原成被测信号的波形,检测输出信号的幅值,和正负号.,n 5 滤波器,n 滤除高频载波信号的作用,获得正确波形,n 6载波振荡器,n,给测量电桥和读数电桥以及相敏检波器提供电 源.,n 7稳压电源,n 向载波放大器和振荡器提供稳定的直流信号.,n 8 指示仪,n记录和显示应变,n,数字式动态应变仪 n 在原交流载波式应变仪或直流应变仪的基础上将输出信号进行A/D转换而成数字信号,在仪器面板显示/打印机打印出/计算机显示出结果的应变仪,动,（2）应变仪的工作特性 n 静态应

7、变仪、数据采集仪：,n,分辨率、量程、线性度、 灵敏系数误差、稳定度。,n 动态应变仪： n,输出灵敏度、线性误差、,频率相应特性、稳定度。,常用的记录仪器 n 数据采集系统 n 通用示波器 n 磁带记录仪 n 光线示波器 n 笔式记录仪 等,应变数字采集技术 n 应变数字采集主要分静态信号和动态信号，两者在技术上有很大差异。 n 1.静态应变仪 常使用串行口RS-232C与计算机通信。由于数据采集量不多计算机可以方便地以任意格式存放数据。 n 2.动态应变仪 的输出需借助于专用的数据采集系统才能记录信号。也可使用数据采集卡采集数据。由于受通信速度的影响，有些应变仪不能进行高速采集，但大多数应

8、变仪能做到每秒每通道1000点的数据采集速率，可以解决大多数应变测试问题。对于使用RS-232C串口通信来说，最高通信速率大致为每秒4000点。更高的通信速率可通过并行接口或USB 来实现。,示波器 n 双踪示波器或多踪示波器是常见的观察仪器，利用示波器的记忆功能或对示波器照相，则可以当记录仪使用。有的示波器具有与计算机通信的功能，则可以直接连到计算机记录应变波形。,磁带记录仪 n 需长时间记录波形信号，并希望能回放分析时。可采用磁带记录仪来记录数据。它适用于记录频率较高的数据（可达20kHz)。一般记录的是电压或电流模拟信号。 n 磁带记录仪的结构和工作原理,送带盘收带盘,记录磁头 再生磁头

9、,记录信号 ,记录放大器,再生放大器,记录信号 ,磁带记录仪的主要技术指标,n 磁道数（4、7、14磁道）,n 磁带速度和频率特性,n 信噪比,n 失真率（3%）,n 直流漂移,n 线性度,n 抖动率,n 输入、输出阻抗和电压,n 串音比,n 道间时滞,光线示波器 n光线示波器的构造及基本原理 光线示波器是由光、磁、电和机械系统综合组成的记录仪器，它采用照相原理记录波形信号。由于采用了快速显影技术，使用起来比较方便，记录高达500Hz的信号。主要不足是使用成本较高。,n光线示波器包括下列系统 n 振子系统,记录纸,小镜,n 光学系统 n 记录纸传动系统,张丝 磁钢,n 时间指示系统光NS,n 电器控制系统源活动线圈,NS,输入电信号,振动子的工作原理 振动子的静态特性 式中：B为恒磁场的磁感应强度n为线圈的匝数 线圈中心线尺寸为宽 b, 高为 h I流过线圈的电流 为线圈偏转角 此式左端为力偶矩，右端为张丝产生的恢复矩，G 为张丝的扭转刚性系数 为线圈中心线围成的面积 故上式可写为,在很小的情况下 小镜的这一偏转,造成了反射光点的移动, 如图，图中小镜中心到记录纸的垂直距离为光臂 记为L,光点移动的距离为y,则有 称为振动子的电流灵敏度 振动子的动态特性 1、振动子可动部分的运动方