工程测试技术复习资料

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1、工程测试技术复习资料第一章测试技术的基础1. 测试系统的组成及各部分功能荷载系统：液压、重力、气压、杠杆、弹簧测量系统：包括：传感器、信号变换与测量电路；信号变换与测量电路：使用较多的是电桥电路和放大电路；此外，还有滤波、整流，积分、微分电路、放大器等。最简单情况，测量电路就是传感器和测量仪器之间的导线。信号处理系统：对输出信号的处理；显示记录系统：多被计算机取代。2. 基本概念1）引用误差：2）标定（率定）曲线3）分辨率（灵敏阈）?系统能够测量岀的最小变化量;?通常要求测定仪器在零点和90%满量程时的分辨率。4）灵敏度：S=Ax5）线性度（直线度）定义：标定曲线（试验确定的实际工作曲线）与理

2、想直线（常用参考理想直线代替）的接近程度。R公式：S=-xl00%B全量程内输岀量最大偏差A标称输岀范围（即量程）A6）回程误差定义：相同测试条件下和全量程范围内，在输入由小增大和由大减小的行程中，同一输入量所得到的两个输岀值的最大偏差与满量程A的百分比。h公式：df=-Axl00%原因：由滞后和不工作区（死区）引起。A7）环境影响与对应措施环境影响因素：温度、湿度、气压、电源电压、接地条件、绝缘电阻系统表现：漂移：输入量不变，输出量随时间变化零点漂移：零输入条件下的漂移灵敏度漂移：由于灵敏度的变化引起的校正曲线斜率的变化减少环境影响的措施：隔离、补偿、增益反馈、计算机修正补偿。8）负载效应Q

3、i2广义阻抗电压表、电流表、电阻表加入放人器负反馈技术3. 线性系统的主要特性及用处4. 动态测试的不失真测量条件。4.1定义y（t）=A.r（r-?0）Qi2广义阻抗电压表、电流表、电阻表加入放人器负反馈技术5. 线性系统的主要特性及用处6. 动态测试的不失真测量条件。4.1定义y（t）=A.r（r-?0）2输入阻抗：Z=人GM,=P（功率）=业Z不失真测试（传递）实质：系统的响应波形（输岀）与输入波形完全相似。可保持原信号的特性和全部信息4.2不失真条件幅频函数为常数：4（e）=1H（jco）1=4相频函数为线性（过原点的直线）：0（劲=ZH（ja）=-toa）第二章传感器?基本概念1?传

4、感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。狭义定义指传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置2. 电阻应变效应：金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应。3. 压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上岀现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电

5、效应，或称为电致伸缩现象。4. 热电效应：所谓的热电效应，是当受热物体中的电子（洞），因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产牛电流或电荷堆积的一种现象。而这个效应的人小，则是用称为thermopower（Q）的参数来测量，其定义为Q=E/-dT（E为因电荷堆积产牛的电场，dT则是温度梯度）。5. 压阻效应：所谓压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。6. 压磁效应：铁磁体受机械力（压力、张力、扭力等）作用后，而引起导磁系数发生变化的现象。二?基本原理1.、电阻式R=p-电阻应变式：基于电阻应变效应2. 、电感式：电感式传感器是基于电磁感应原理

6、，它是把被测量转化为电感量的一种装置。特点：1）结构简单可靠2）分辨力高3）零点漂移少，小于0.1Pm4）线性度好5）输岀功率人6）不宜动态测量，响应时间长。3. 、振弦式：传感器可等效成一个两端固定绷紧的均匀弦；钢弦內应力的变化转变为钢弦振动频基本原理发岀脉冲信号输入压力盒的电磁线路，激励钢弦产生振动，钢弦的振动在电磁线路内产生交变电势，输入频率仪放大器后，示波，得到频率。钢弦式传感器的特点优点:1）抗干扰强，特别是长导线、复杂条件下传输信号，常时稳定性好。对岩土工程尤为重要。2）结构简单，价格低。3）稳定性好，高防水性能，密封良好4）温度影响小，振弦式传感器的附带测温功能缺点：1）对夹具要

7、求特别高；2）对钢弦要求高热电式基本原理：温度变化-电阻、电势变化常见类型：热电偶、热电阻、半导体热敏电阻。4. 、压电式等各类传感器:压磁效应（铁磁材料受机械力作用，内部产生机械效应力，从而引起导磁系数发生变化）电容式传感器:将被测量（尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的传感器。&压磁式传感器基本原理：压磁效应（铁磁材料受机械力作用，内部产生机械效应力，从而引起导磁系数发生变三、传感器选择的基本原则输入输出线性好，灵敏度高；滞后、偏移误差小；动态特性好；功耗小；对测试对象影响小；抗扰能力强；重复性好，有互换性；抗腐蚀性好，能长期使用；易维修和校。第三章电阻应变测试技术一？电阻应变效应、应变

8、片的灵敏系数、横向效应概念1?金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应。2. 灵敏系数单向受力状态下，敏感栅纵向中心线与应力方向平行时，应变片电阻值的相对变化与沿其纵向AD的应变之比值。公式：k=/横向效应由于横向应变使得应变片的总电阻变化量减小的现象，降低灵敏度，称横向效应。横向效应用向效应系数H描述。H通过实际测定，一般较小（0.1-03%），只有高精度测量才考虑修正。二?掌握惠斯登电桥的桥臂加、减特性惠斯登电桥：以直流惠斯登电桥为例，常用交流。R&3人2人4E(呂+R2XR3+RJ电桥平衡条件：鑫吩应变片的接入方式ihl半桥:全

9、桥:卜U三?掌握利用惠斯登电桥开展应变测试（半桥、全桥）的技能，能进行组桥及分析。电桥的加减特性相邻桥臂：应变极性相同，输岀电压相减，应变极性相反，输岀电压相加；相对桥臂：与以上规律相反。第四章声波测试技术?掌握纵波、横波、表面波等基本概念及传播介质；纵波定义：质点振动方向与波的传播方向一致。1. 横波定义：沿质点振动方向与波的传播方向垂直。Z+2G(1+“)(12”)2. 表面波定义：沿介质表面和交界面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波(也称瑞利波，R波)。注意面波与纵波和横波传播介质区别：R波在层状介质中传播。而纵波和横波是在均匀介质中传播。.87+:0.87+1.121.12二:Ir：1

10、+二?掌握声波测试方法及其在岩石工程、混凝土工程检测屮的应用；1. 影响岩体(石)波速的主要因素：(1) 岩石越致密，岩体声速越高。波速公式中，波速与密度成反比，但密度增高，弹性模量将有大幅度的增高，因而波速也将越高。(2) 结构面的存在，使得声速降低。并使声波在岩体中传播时存在各向异性。垂直结构面方向声速低，平行于结构面方向声速高。(3) 岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。(4) 应力的关系：压应力方向上声波速度高。(5) 孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩体波速高。2. 声波探测仪器设备和使用岩体声波探测是声波发射、传播及接受显示的过程，声波探测仪由发射换能器、接收换

11、能器和声波组成。1)换能器的置换方法穿透法(室內试验)，现场测试：双空空间穿透法；界面1界面2界面3剖面法：ABiB2BoBjB4B53. 测试方法的确定：测试地点的选择：指定区域、代表性地段，减少工作量;对测孔的要求测量和记录孔的位置和相关信息；表面的处理：耦合剂，换能器和被测表面良好接触；探测频率的选择：20KHZO4. 声波测试的应用：地质工程：1）围岩松弛带的测定；2）评价完整性程度，估算岩体强度；3）声波测井。岩土工程：1）岩土体力学参数确定；2）桩基完整性测试；3）注/灌浆效果评价-声波CT；4）隧洞内超强探测。结构工程：1）混凝土厚度检测；2）混凝土空洞检测；3）混凝土裂缝检测；

12、4）深孔法混凝土裂缝检测。岩土工程岩土体力学参数确定动模性模量：Ed-v/.JI+QQ-2)-或Ed=2叮.(1+“泊松比:泊松比:动剪切模量：Gd=p-vA动体变模量：公=0（匕2_彳才）桩基完整性检测（反射法）1. 注/灌浆效果评价（声波CT）：R=（VP2-VP1）/VP1*100%根据R值及岩芯检验，来评价其灌浆效果。2. 隧洞内超前探测：最大探测距离达500m,有效探测距离150m,最高分辨率Imo结构工程（混凝土工程）1. 混凝土厚度检测：经验公式h=kvpt例如：表面低速层厚度的检测（折射法）混凝土空洞检测：-i2v混凝上製縫检测；R=发射探头IMrrKT接收探典2n-J-rn构

13、件N沿面检测第五章非破损检测技术、概念无损检测技术：在不扰动介质性状、不损害材料承载能力的条件下实现对被测物体性质和相关参数的测定。二、无损检测的应用1、施工过程中工程质量，如：混凝土强度不够；混凝土结构缺陷的检测约占65%；2、原建筑物上改造，如需要加高接层或者楼面荷载改变等，鉴定原建筑物约占20%；3、受损结构，如受化学介质侵蚀、火灾、地震等的检测约占10%；4、重要工程的验收检测，如核电站安全壳、大型电站基础、水库闸门和电站大坝等的检测约占5%o5、预制构件产品质量鉴定。6、力学强度、弹塑性性质、断裂性能、缺陷损伤以及耐久性，材料强度检测，内部缺陷损伤探测。，三、回弹法、超声一回弹综合法

14、混凝土强度检测的基本原理、优缺点。1. 回弹法以回弹仪弹击混凝土表面，测得回弹值，根据回弹值与抗压强度校准的相关关系，用回弹值推算混凝土强度。采用回弹法检测不会对结构和构件的力学性质和承载能力产生不利影响，因而被广泛应用于工程验收的质量检测。特点：用回弹法检测混凝土抗压强度，虽然检测精度不高，但是设备简单、操作方便、测试迅速，以及检测费用低廉，且不破坏混凝土的正常使用，故在现场直接测定中使用较多。影响回弹法准确度的因素较多，如操作方法、仪器性能、气候条件等。为此，必须掌握正确的操作方法，注意回弹仪的保养和校正。1）回弹仪工作原理：/-弹簧的初始拉伸长度；X-重锤反弹位置或回弹时弹簧的拉伸长度。

15、2. 超声一回弹综合法基本原理：回弹仪反映混凝土表层情况，超声波能反应混凝土内部情况。/Addf5(/fCU=AVjbRay相互优点（与单一回弹法比较）：误差小、适用范围广，可以减少对混凝土龄期和含水率的影响、弥补间的不足、提高测试精度。第七章动载检测一?动载检测的应用：(1) 结构抗震性能评价；工业厂房机械设备振动对结构、构件或精密仪表和精密机床的影响；(2) 高层结构、高耸构筑物、道路桥梁、堤坝的风水荷载或移动荷载；建筑物抗爆。二?动载试验的几种情况：(1) 结构物在实际使用时的振动水平(频率、振幅)及性状，如：动力机械作用下厂房结构的振移动荷载作用下桥梁的振动；地震时建筑结构的振动；激振

16、后，结构或模型的振动特性，如地震振动台；正弦激振；随机自然激振；(2) 结构构件的疲劳试验，疲劳试验机。三?动载试验的量测仪器量测系统：振动参数一传振器-放大器-记录器-数据处理仪传振器：把振动信号(参数)变换成电讯号；放人器：把输入的微弱电讯号放人；记录器：把放人后的电讯号显示或记录下来；数据处理仪：对电讯号进行分析和数据处理。四?动载特性的试验测定?振源动载特性包括振动力的大小、方向、频率及其作用规律等。?为建筑物的抗振设计提供依据。(一)主振源探测逐台开动法；(2)波形分析法(二)振源动载特性测试对于动力设备，一般采用下述方法测定动力持性：(1) 直接测定法用传感器直接测定振源特性，如将

17、加速度传感器安装在机器的往复运动部件上(2) 间接测定法结构+起振机，间接得出振源的动力特性(3) 比较测定法五?结构动力特性的试验测定(一)自由振动法：瞬态激振后的阻尼振荡，垂直突加、减荷，水平突加荷载，反冲激振器，桥加载。(二)共振法：共振产生条件-干扰频率与结构固有频率相同，使用起振机变频激振。(三)脉动法：通过测量建筑物由于外界环境脉动(地面脉动、气流脉动)而产生的微幅振动，定建筑物的动力特性。(环境脉动：环境随机激振而引起的结构物微小振动，包括地面脉动、动。)分析方法：?主谐量法：如果建筑物各部位在同一频率处的相位和振幅符合振型规律，此频率就可确定为建的固有频率，通常基频出现的机会最

18、多。动；来确气流脉筑物?频谱分析法：谐量分析法?功率谱分析法：脉动的振幅谱的幅值确定建筑物的固有频率和振形。基本原理：固有频率的谐量是脉动图中最主要的成分，振幅大、波形光滑处的频率总是多次重复现。特点：不需要激振设备，不受结构形式和大小的限制；信号弱，要有好的记录设备。六?结构动载试验数据处理方法振动示波波图的分析(1) 简单波形的分析振幅计算：A=S/(2VU)S示波图上峰一峰距禺；V、U系统放大倍数和幅频。频率计算：f=A-f0ml(2) 合成振动示波图的简化分析包线法叠加法(叠加波、拍振)1. 谐量分析是对复杂的振动信号进行分析时，把他分解成若于个单一频率的止弦规律简谐分量的方法。复杂振

19、动的示波图分解成若干个单元频率正弦规律的简谐分量。2. 随机数据的分析和处理各态历经的过程：随机过程的统计特性不随试验的时间和次数发牛变化，样本的统计特性可代表过程的统计特性。基本统计量(1) 振动幅值域：均值：平均值山=尹11*fx(t)dt均方根：=xt)dt方差：x(0-/.Jdt概率密度函数：P(x)=limP-&+切山TO心(2) 时差域： 自相关函数：随机过程在不同时刻之间的相关性自相互函数：两个随机过程之间的依赖关系，联合特性(3) 振动频率域： 功率谱密度函数：描述随机过程的频率结构互功率谱密度函数：两组随机数据在频率域上的联合特性 相干函数：两个随机信号的相互干扰程度，输岀量

20、有多少是来自输入量。随机数字信号处理过程：数据编排一数据数字化一数据预处理一数据检验一数据分析概念：结构物或构件在重复荷载作用下，达到破坏时的应力比其静力强度要低得多。这种现象称劳。试验目的：了解重复荷载作用下，结构的性能及其变化规律。1. 疲劳试验项目鉴定性试验抗裂性及开裂荷载；裂缝宽度及发展；最大挠度及其变化幅度；疲劳强度。周期随机七?结构疲劳试验为疲(1) 科研性疲劳试验各阶段截面应力分布状况，中和轴变化规律抗裂性及开裂荷载裂缝宽度、长度、间距及发展 最大挠度及其变化规律疲劳强度的确定 破坏特征分析疲劳试验荷载(1)疲劳试验荷载取值上限荷载：最大标准荷载最不利组合下产生的弯距计算下限荷载

21、：根据疲劳试验设备的要求而定。(2)疲劳试验荷载速度荷载频率影响材料的塑性变形和徐变，频率过高对试验设施有影响使构件在试验时实际工作时受力状态一致，构件与荷载架不能发牛共振nn荷载频率0与结构固有频率3之比应满足：0.5或匕1.3coco(2) 疲劳试验的控制次数中级工中级工经受所确定控制次数的疲劳荷载作用后，其抗裂性、刚度、强度等必须满足规范中有关规定。作制吊车梁：2X106次重级工作制吊车梁：4X106次第八章地下隧洞工程信息化施工监测一、地下隧洞监测类型和方法- 普氏理论一荷载结构法，明挖回填隧洞地层和结构相互作用一假定抗力法、弹性地基梁法，浅部、暗挖- 新奥法?在适宜的时机构筑适宜的支

22、护结构，避免出现不利的应力应变状态?现场监控围岩动态，根据容许变形量求得适宜的支护形式?中心问题：如何利用围岩支护隧道，使之形成支承环?技术关键：隧洞变形量的控制。1.监测的核心作用:撓型和参数选挣i地质调育f由2；分类|厂:r-j亍!：力学汕篦一；设计经监类比if:*;rn修改参瓠模电；施、卜砂系貌|*1i+Li|反分析HI监测上一;4v1竣丄信息化量测的任务：保证隧道和围岩的稳定，确保施工安全；指导施工工序和二次支护时间，；信息反馈修正设计；积累资料。(1)位移监测原理：参照点与测点之间相对位移意义：判断洞室围岩的松弛范围，为锚杆支护参数提供重要依据位移计种类优点缺点单点位移计构造简单，可

23、以在开挖面附近布置一个孔内只能测一个点多点位移计测量方便测试费用高，测点少滑动式位移计费用低，测点多孔较深时测量不方便(2)收敛位移测量收敛测量的意义：判断围岩的稳定性收敛测点布置注意的问题：A测点布置在隐蔽处，清理松动岩石；B孔口最好设保护装置。收敛计种类优点缺点重锤式收敛计构造简单，造价低，操作方便精度不高，不易携带扭矩平衡式收敛计机械化程度高，精度高成本高钢卷尺式收敛计操作方便精度不高，受温度变化影响大钢丝式收敛计受温度影响小，精度高操作不便，不易保护收敛计精度高测量位置受限制光电测距仪可远距离测量精度不高，受环境影响大例题：影响收敛测量结果的因素有哪些，如何避免？答：1测点安装质量；2

24、测点保护效果；3收敛计精度、灵敏度；4环境影响；5人为读数误差压力测量液压枕一液压枕埋设，锚杆应力测量二、现场量测方案设计1.量测项目的确定?地层基本参数：岩休强度；岩体应力；岩体弹模、变形模量；岩休分类、完整性?结构基本参数：衬砌厚度、混凝土强度；喷混凝土与岩休的粘结力；锚固力；砂浆灌满性?地层结构的基本参数：混凝土、钢筋的内应力或内应变；隧洞、支护结构的收敛位移；围岩松带；支护结构与围岩的接触应力?外界影响因素：地表沉降2.测试手段和仪表选择量测部位的确定量测部位的确定精度范围0.0025mm0.025mm0.25mm2.5mm灵敏度0.0025?0.010.025?0.110.25?1.

25、02.5?10典型用途现场岩石试验或小变形坚硬岩石的隧洞和浅基大洞室或开挖位移量较大里王5?2525?5050-80250重调范围201503001000?围岩质量差和不稳定块体；代表性地段；特殊部位。?洞周收敛位移、拱顶下沉、多点位移计和地表沉降测点应尽量在同一断面上?一般的铁路和公路隧道中，根据围岩分类位移量测断面间距为：II类5?20m；III类2040m；IV类40m以上。4.观测及其频度位移速度(mm/d)151?150.5-10.20.50.2观测间隔(d)0.5-1127153. 量测数据的警戒值及围岩稳定性判断标准(1)容许位移量保证隧洞不产生有害松动和保证地表不产生有害下沉量的条件下，自隧洞开挖起到变形稳定为止，在起拱线位置的隧洞壁面间水平位移总量的最大容许值。要参考岩体条件、隧洞埋深、断面尺寸、地表建筑物。(2)容许位移速率在保证围岩不产生有害松动的条件下，隧洞壁面间水平位移速度的最大容许值。要参考岩体条件、隧洞埋深、断面尺寸。(3) 根据位移时间曲线判断围岩稳定性三、盾构法和顶管施工监测盾构法施工监测一基本项目?岩土介质及周围环境的监测：-地表沉降-土中沉降和位移-土中应力和土中水压力-临近结构物的保护监测?隧道(包括盾构)结构的监测：-隧道应变的监测，并计算结构构件的轴力和弯矩-隧道收敛位移量测-预制管片凸凹接缝处法向应力量测-接触压力测试