岩土工程测试技术讲义(赵亚军较全).doc

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1、第一章测试技术基本知识一.什么是测试技术，什么是岩土工程测试技术？测试技术是一门利用仪器、设备对任何量进行某种意义的测量的系统的技术科学。岩土工程测试技术是借助专用的仪器设备，获得岩土工程中客观存在的，与安全生产有关的各种物理量和各种因素，为岩土工程的研究与施工提供可靠的数据。二.测试技术在生产及科研中的重要性主要表现在以下三个方面：1.有效地维护安全生产：露天矿（边坡维护，位移检测）地下矿（新奥法支护，地压管理）水电工程（大坝及地基监测，地应力）2.可大量提高生产效益，减小材料消耗。①矿山爆破：减少震害，提高爆破效果。②矿柱支护：满足应力要求的最小支护截石矿柱及最经济的支护材料③在水电

2、工程中：能满足应力要求的最小结构尺寸3.在岩土工程中，其设计、研究的原始数据。如强度、变形参数等。都是通过测试技术获得的。三.测试技术的主要任务和方法（一）任务：1.获得原始参数，如岩石的弹性模量，泊松比等，可以通过现场或实验室条件获得。2.测量岩体的变形，确定岩移变化规律，评价岩石稳定性同时根据变形规律采取一定维护措施。3.测量地应力场及变化规律：目的是根据应力场来选择工程位置。在恶劣环境下要采取相应防护措施。4.测量围岩及支架的受力状态，据此判断支架的安全程度，进行稳定性分析。5.测量岩石在爆破作用下，各种动力学和运动学参数，以提高爆破效果。6.对测量信息及实验数据进行分析处理，以获

3、得准确的测量结果以及寻找客观规律。（二）主要方法1.机械法：所用测量仪器、设备是简单的机械结构。2.声测法：利用声波在岩石中的传播规律（如振幅，声速等）确定岩石的各种特征，是地球物理探测法的一种。3.光测发：以光学原理为基础，对岩体的应力变形等进行测量。也称光弹性测量法。4.电测法：也叫非电量的电测法，是一种利用传感器将被测物理量转换成电量。传递到电子仪器进行显示，记录或处理数据。这是我们这门课的主题.四.电测系统的一般结构测试系统：能完成某种意义测量的仪器，设备的总称。一般可以分为三部分：1.信息的输入，转换：称为传感器（也称变换器，变送器，探头等）2.信息的调节：放大或衰减，调制，解

4、调，检波，A/D变换等3.输出装置：显示或记录.五.测试技术的发展方向1.快速多点测量，计算机分析处理数据.2.仪器设备的小型化，多功能，高性能，微功耗。3.注意发展敏感元件，使传感器的性能不断提高。第二章传感器§2-1传感器的分类及性能要求一、分类1.按用途：①测力传感器：重量、拉（压）力、力矩、应力②位移传感器：长度、厚度、应变、振幅③速度传感器：值点振速、流量、流速、转速④加速器传感器：振动、冲击、质量等2.按转换性能：①参数式：电阻、电压、电参②电能式：磁电式、压电式、光热3.传感器的命名：将转换特性与用途结合起来如磁电式速度计、压电式加速度计二、传感器的特性：1.输入特性①输入

5、量的形式：被测物理量的类型（非电量）②输入量的有效范围：即量程，下限由传感器本身的灵敏度（灵敏限），误差及干扰信号的信杂比决定；上限（最大值）由弹性元件的机械强度和输出量的最大线性值决定。③对被测量的影响（负载作用）：传感器与被测体接触时，或多或少地从被测体中抽取部分能量，会使被测体改变其真实状态，这就是负载作用。2.转换特性①转换函数：输出量与输入量之间的函数关系：y=f(x)一般为线性，即y=kx+b。K=称传感器的灵敏度，理想时K=。②传感器的误差：a.非线性误差：∆f=±×100%fmax—最大误差的平均值（多次测量）—满量程输出的平均值b.滞后误差（迟滞误差）：正反行程输出—输

6、入曲线不重合的程度：∆c=±Cmax—正反行程曲线最大偏差—满量程输出的平均值三、对传感器的要求：一个理想的传感器，应具有较高的精度，线性度大的测量范围及较强的抗干扰能力，小的负载作用。§2-2传感器的结构原理一、电阻应变式传感器（详细内容以后章节专门介绍）1.应变式压力盒。2.钢环应变计。二、压电式传感器1.压电效应：当压电材料（如sio2,酒石酸钾钠钛酸钡等）受力发生变形时，材料的两端有电荷积累的现象。2.压电式加速度计①原理：（画图说明）：a.晶体b.质量块c.弹簧d.附件②特点:测量频率范围0～106Hz；可测冲击；输出信号强，体积小，质轻。③用途：测质点振动加速度，也可通过积分

7、放大器测质点振速及位移。三、电感式传感器1.差动变压器式2.电感式压力盒四、电容式传感器1.原理：改变极板的负极或改变极板间距离及介质的介电常数。2．特点：灵敏度高，结构简单，负载作用小，动特性好，但电缆电容影响大，需专用仪器。3.用途：测量位移、角度、压力、振动参数。五.磁电式传感器。1.结构：①线圈②永久磁铁③铁芯④弹性模片2.特点：灵敏度高，输出大，可与多种仪器配合。3.用途：用来测量运动体的速度，振动参数等六．钢弦式压力盒也