地下工程监测与检测技术第二章 测试技术基础知识及传感器的原理PPT课件
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地下工程监测与检测技术
地下工程监测与检测技术
第一章 绪论
课程介绍
地下工程是修建在具有原岩应力场、由岩土和各种结构面 组合的天然岩土体中的建(构)筑物，通常包括地铁、隧道、地 下停车场、地下商场、水电工程中的地下厂房等, 靠围岩和支 护的共同作用保持稳定。由于围岩中存在着节理、裂隙、应力 和地下水，地质结构体系极其复杂，且具有不确定性，因此地 下工程的建设比地面工程复杂得多。
4.分辨率 分辨率是指系统可能检测到的被测量的最小变化值，也叫灵敏 阈。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。 测试系统的传递特性分为静态传递特性和动态传递特性。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 试系统的静态传递特性。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动态传递特性。作为静
③为法律仲裁提供依据。
基本知识 基本手段
必须掌握
2. 地下工程监测和检测中存在的主要问题
①部分工程未把监测、检测与信息反馈作为重要工序编入施工组织设计， 有的虽然作为工序编入，但实施不规范、不彻底、应用效果差； ②工程技术人员没能真正领会和掌握信息化设计与施工技术，施工中缺少 专业人员，特别是信息反馈方面，很少能结合施工情况，对监测检测信息进行 合理分析，进而对工程设计和施工起指导作用； ③缺乏环境的评估标准，有必要就地下工程施工对周围环境影响的评估程
•地下工程赋存环境的复杂性决定了其工程建设的风险性； •风险的解决过程是设计、施工和监测检测相互配合协调的过程；
• 在施工、运行过程中，监测岩土工程的实际状况及稳定性，将
为保证工程安全提供科学依据，监测信息将为修改设计、指导施 工提供可靠资料；
第一章 绪论
课程介绍
地下工程是修建在具有原岩应力场、由岩土和各种结构面 组合的天然岩土体中的建(构)筑物，通常包括地铁、隧道、地 下停车场、地下商场、水电工程中的地下厂房等, 靠围岩和支 护的共同作用保持稳定。由于围岩中存在着节理、裂隙、应力 和地下水，地质结构体系极其复杂，且具有不确定性，因此地 下工程的建设比地面工程复杂得多。
4.分辨率 分辨率是指系统可能检测到的被测量的最小变化值，也叫灵敏 阈。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。 测试系统的传递特性分为静态传递特性和动态传递特性。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 试系统的静态传递特性。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动态传递特性。作为静
③为法律仲裁提供依据。
基本知识 基本手段
必须掌握
2. 地下工程监测和检测中存在的主要问题
①部分工程未把监测、检测与信息反馈作为重要工序编入施工组织设计， 有的虽然作为工序编入，但实施不规范、不彻底、应用效果差； ②工程技术人员没能真正领会和掌握信息化设计与施工技术，施工中缺少 专业人员，特别是信息反馈方面，很少能结合施工情况，对监测检测信息进行 合理分析，进而对工程设计和施工起指导作用； ③缺乏环境的评估标准，有必要就地下工程施工对周围环境影响的评估程
•地下工程赋存环境的复杂性决定了其工程建设的风险性； •风险的解决过程是设计、施工和监测检测相互配合协调的过程；
• 在施工、运行过程中，监测岩土工程的实际状况及稳定性，将
为保证工程安全提供科学依据，监测信息将为修改设计、指导施 工提供可靠资料；
传感器与检测技术ppt课件
22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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34
自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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44
误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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45
误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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25
分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
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i 1
i 1
为最小。由于偏差的平方均为正值，故若偏差的平方和为最小，即意味
着拟合直线与整个实验数据的偏离程度最小。
按最小二乘法确定待定系数，就是要求出能使Q取最小的a与b值。为
此，将Q分别对a和b求偏导数，并令其等于零，得
Q
a
2
n i 1
( yi
a
bxi )
0
Q
b
2
n i 1
( yi
a
bxi )xi
随机误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一个量时，
误 差
随机误差
其绝对值和符号变化无常，但随着测量次数的增加又符合统计规
律的误差。这类误差的特点是随机分布的，并且是不可避免的，
只有用统计的方法找出它的规律，才能使之控制在最小。
过失误差
过失误差是一种明显歪曲实验结果的误差。主要是由于操作不 当、疏忽大意、环境条件突然变化所造成的。含有过失误差的数据 称为异常数据，在误差分析时应将其剔除。
对于被测量不随时间变化或变化甚缓的静态测量中，上述术语和误 差计算、表达方法都很明确。但对于动态测量，误差的度量就比较复杂。 如果输入是由多个频率组成，则实际系统总会导致一定的输出失真，如 何度量失真，如何定量表示失真的大小，则是一个复杂的问题。
对于时不变线性系统，由于频率保持性，系统输入单一频率的正弦 信号，其稳态输出也只能有该单一频率，无所谓失真问题，任何畸变都 是系统偏离理想线性系统的结果。但即使系统是理想线性的，由于系统 的频率特性，对具有多种频率成分的输入波形，仍会引起输出波形畸变。
4．重复性
重复性表示输入量按同一 方向变化时，在全量程范围内 重复进行测量时所得到各特性 曲线的重复程度，如图所示。 一般采用输出最大不重复误差 Δ与满量程输出值A的百分比 来表示重复性，即
传感器及检测技术讲义PPT教案
精度（补充）
反映测量结果与真值接近程度的量 (1)准确度 ：反映系统误差对测量结果的影响 (2)精密度：反映随机误差对测量结果的影响 (3)精确度 ：反映系统、随机误差对测量结果的影响
，用不确定度表示。 对于具体的测量，精密度高的而准确度不一定高
，准确度高的精密度不一定高，但精确度高，则精密 度和准确度都高。
①绝对误差 ②相对误差 ③引用误差 ④基本误差 ⑤附加误差
2.测量误差的性质
①随机误差 ②系统误差 ③粗大误差
有关测量技术中的部分名词（补 充）
（1）真值：被测量本身所具有的真正值。 （2）实际值：高精度仪器所测被测量的值。 （3）标称值：测量器具上所标出来的值。 （4）示值：由测量器具的读数装置所指示出
100
%
1.0%
例 2-3
(3) 结论：用1.0级小量程的温度计测量所产生的示值 相对误差比选用0.5级的较大量程的温度计测量所产生的 示值相对误差小，因此选用1.0级小量程的温度计更合适
2.2测量数据的估计和处理
2.2.1随机误差分析 2.2.2系统误差分析 2.2.3粗大误差剔除 2.2.4测量数据处理中的几个问题
L
式中: δ——相对误差, 一般用百分数给出; Δ——绝对误差;
L——真值。（实际值）
2）示值' (标称)相10对0%误差：x——测量值
x
误差的表示方法（3）
3）引用（满度）误差
引用误差可用下式定义:
xm
测量上限－测量下限
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。
γ为引用误差； Δ为绝对误差；xm为满度值。
【例1】
某采购员分别在A 、B 、C 三家商店购买 100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，发现 均缺少约0.5kg，但该采购员对C家卖牛肉干的 商店意见最大，是何原因？
安全监测与监控技术第2章检测技术的基础知识 ppt课件
第2章 检测技术的基础知识
2) 当使用条件偏离规定的标准条件时，除基本误差外还会 产生附加误差，例如由于温度超过标准温度引起的温度附加 误差，电源波动引起的电源附加误差以及频率变化引起的频 率附加误差等。这些附加误差在使用时应叠加到基本误差上。
第2章 检测技术的基础知识
5.按误差与被测量的关系分类 1) 定值误差是指误差对被测量来说是一个定值，不随被 测量变化。这类误差可以是系统误差，如直流测量回路中 存在热电动势等，也可以是随机误差，如检测系统中执行 电机的启动引起的电压误差等。
第2章 检测技术的基础知识
4.按使用条件分类
1)
基本误差是指测量系统在规定的标准条件下使用时所产 生的误差。所谓标准条件，一般是指测量系统在实验室(或制 造厂、计量部门)标定刻度时所保持的工作条件，如电源电压 220V士5％，温度20士5℃，湿度小于80％，电源频率50Hz等。 测量系统的精确度就是由基本误差决定的。
第2章 检测技术的基础知识
3) 在相同条件下，多次重复测量同一被测参数时，测量结 果显著地偏离其实际值时所对应的误差，这类误差被称为粗 大误差。 从性质上来看，粗大误差并不是单独的类别，它本身既 可能具有系统误差的性质，也可能具有随机误差的性质，只 不过在一定的测量条件下其绝对值特别大而已。
第2章 检测技术的基础知识
第2章 检测技术的基础知识
3.引用误差 测量值的绝对误差Δx与仪表的满量程L之比值，称为引用 误差γ。引用误差γ通常也以百分数表示：
x100%
L
（2-3）
与相对误差的表达式比较可知：在γ的表达式中用量程L 代替了真值x0，使用起来虽然更为方便，但引用误差的分子仍 为绝对误差Δx。由于仪器仪表测量范围内各示值的绝对误差 Δx不同，为了更好地说明测量精度，引入最大引用误差的概 念。
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xmin 100% YFS
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
1.1.3传感器的分类 1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
.
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
2替代法其实质是在测量装置上测量被测量后不改变测量条件立即用相应标准量代替被测量放到测量装置上再次进行测量从而得到此标准量测量结果与已知标准量的差值即系统误差取其负值即可作为被测量测量结果的修正先将被测量x放于天平一侧标准砝码p放于另一侧调至天平平衡则有xpl此时移去被测量x用标准砝码q代替使天平重新平衡则有qpl2l1所以有xq
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
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1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
1.1.3传感器的分类 1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
.
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
2替代法其实质是在测量装置上测量被测量后不改变测量条件立即用相应标准量代替被测量放到测量装置上再次进行测量从而得到此标准量测量结果与已知标准量的差值即系统误差取其负值即可作为被测量测量结果的修正先将被测量x放于天平一侧标准砝码p放于另一侧调至天平平衡则有xpl此时移去被测量x用标准砝码q代替使天平重新平衡则有qpl2l1所以有xq
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控制系统的自动化水平高低。
传感器的选用主要取决于建模参数和被测 量、测量精度和灵敏度要求以及测量系统的 成本等因素。
(4) 传感器的品质参数 灵敏度 分辨率 准确度 精密度
重复性
线性度
灵敏度
灵敏度反映传感器对被测量变化的 响应能力。
O S I
输出变化量
输入变化量
分辨率
如果已知总体精度上限，要计算各部件的 误差，则假定各部件误差对总精度的影响 是均等的。
f N xi xi n
N xi f n xi
[实例]已知角速度与作用力的关系式 试求转速的不确定性。 [解]
F 5 0 0 3 1 6 . 2 3 m r 0 . 20 . 0 2 5
霍尔传感器的应用—— 测量焊接电流
在标准的园环铁芯开一 小缺口，将霍尔元件放在 缺口处，被测电流的导线 穿过铁心时就产生磁场B， 则霍尔传感器有输出。当 测出的小于 规定的焊接电流时，可 控硅的导通角增大，焊接 电流变大，测出的电压大 于规定的焊接电流时，可 控硅的导通角减，焊接电 流变小，控制焊接回路的 电流。
性；
没有机械电位器特有的滑片，彻底解决了滑 片接触不良的问题；体积小，节省空间，易于装 配；寿命长，可靠性高。
数字电位器与机械式电位器的区别
类 特 型 性 机 无 械 源 式 数 有 字 源 式 电阻变 调节 位置 自动 化规律 方法 记忆 复位 连续 变化 阶梯 变化 手动 有 没有 使用 体 寿命 积 短 大
为减小零点残余电压的影响，一般要用电路进行补偿, 电路补偿的方法较多,可采用以下方法。
• 串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异；
• 并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量；
地下工程监测与检测技术第二章 测试技术基础知识及传感器的原理PPT课件
标定曲线的种类
求取静态标定曲线，通常以标准量作为输入信号并测出对应的输 出，将输入与输出数据描在坐标纸上的相应点上，再用统计法求出 一条输入—输出曲线。标准量的精度应较被标定系统的精度高一个 数量级。
2）测试系统的主要静态特性参数
➢ 线性度 ➢ 灵敏度 — 分辨率，检测到的最小输入增量 ➢ 分辨力 — 量测上下限 ➢ 测量范围和量程 ➢ 迟滞 — 多次量测下，输入输出曲线的不一致性 ➢ 重复性 ➢ 零漂和温漂 零漂，传感器无输入或输入另一值时，每隔一定时
三.测试系统的静动态传递特性
1. 测试系统的静态传递特性
1) 静态方程和标定曲线
当测试系统处于静态测量时，输入量x和输出量y不随时间 而变化，将变成代数方程：
y a0 x Sx b0
系统的静态传递特性方程，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）。
第二节 传感器基础知识
传感器是指能够感受规定的物理量，并按照一定规律转换成可
用输入信号的器件或装置。
敏感元件
直接感受 被测量量
非电量或其他量
传感器
转换元件 测量电路
电参量
可测电量(I,U,f等)
一.传感器的一般原理
1.差动电阻式传感器基本原理 卡尔逊（Calson）式仪器或弹性钢丝式（Elastic Wire）仪器；
力作用时，筒体产生变形，应变片贴在筒的外壁，工作片沿圆周
贴在空心部分，补偿片贴在实心部分。
4)压力盒
电阻应变片式压力盒也采用膜片结构，它是将转换元件（应变 片）贴在弹性金属膜片式传力元件上，当膜片感受外力变形时，将 应变传给应变片，通过应变片输出的电信号测出应变值，再根据标 定关系算出外力值。 5) 热电阻温度计
检测技术及仪表 电阻传感器 第二章
常用应变片二（箔式）
箔式应变片
原理： 它是利用光刻腐蚀法将电 阻箔材在绝缘基底上制成各种 图形的应变片； 优点： 敏感栅尺寸准确，线条均 匀； 其弯头横向效应可以忽略； 可通过较大的电流； 散热性好，寿命长； 生产效率高；
箔式应变片的外形
二、种类
（3）金属薄膜应变片 采用真空蒸镀或溅射式阴极扩散等方法，在薄的基
d dR R K (1 2 )
压阻效应 （2-6）
应变效应
灵敏系数K 受两个因素影响：一个是应变片受力后材料几何 尺寸的变化， 即 1+2μ ；另一个是应变片受力后材料的电阻率 发生的变化， 即（dρ/ρ）/ε。
对金属材料来说，电阻丝灵敏系数表达式中1+2μ的值要比
(dρ/ρ)/ε大得多;
（2-2）
由公式（2-2）可以看出，当 R 2 R 4 R1R 3时电桥
平衡，此时电桥输出 U o 0 。
Ui R1 R2 R3 R4 Uo ( ) 4 R1 R2 R3 R4
（2-3）
单臂
半桥
全桥
一个桥臂是应变片
二个桥臂是应变片
四个桥臂均是应变片
1
单臂 R1 R2
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置， 盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保 护敏感栅。
一、结构 （3） 引线 是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引 线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、 抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可 制作引线。
二、种类
金属电阻应变片：丝式、箔式和薄膜式三种。 （1）丝式应变片是将金属丝按图示形状弯曲后 用粘合剂贴在衬底上而成,使用时只要将应变片贴 于弹性体上就可构成应变式传感器。
地下工程的监测和监控培训课件(ppt 77张)
第一节 概述
人工开挖或天然存在于岩土体内作为各种 用途的构筑物统称为地下洞室，也有称为 地下建筑或地下工程的。 地下洞室按其用途可分为： 交通隧道、水工隧洞、矿山巷道、地下厂 房和仓库、地下铁道、地下军事工程 按其内壁是否有内水压力作用可分为： 无压洞室、有压洞室
按其断面形状可分为： 圆形、矩形、城门洞形、马蹄形等 按洞室轴线与水平面的关系可分为： 水平洞室、竖井、倾斜洞室 按围岩介质类型可分为： 土洞、岩洞 按成洞过程可分为： 人工洞室、天然洞室
（一）地表变形对建筑物的影响 （二）建筑物的允许变形和破坏等级划分 （三）场地的建筑适宜性评价 1、不宜建筑的场地 2、相对稳定的场地 3、较稳定的场地
四、采空区场地的建筑设计原则
（一）建筑规划 （二）建筑措施 （三）结构措施
五、地下采空区场地勘察要点
•
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
46．凡事不要说＂我不会＂或＂不可能＂，因为你根本还没有去做！ 47．成功不是靠梦想和希望，而是靠努力和实践． 48．只有在天空最暗的时候，才可以看到天上的星星． 49．上帝说：你要什么便取什么，但是要付出相当的代价． 50．现在站在什么地方不重要，重要的是你往什么方向移动。 51．宁可辛苦一阵子，不要苦一辈子． 52．为成功找方法，不为失败找借口． 53．不断反思自己的弱点，是让自己获得更好成功的优良习惯。 54．垃圾桶哲学：别人不要做的事，我拣来做！ 55．不一定要做最大的，但要做最好的． 56．死的方式由上帝决定，活的方式由自己决定！ 57．成功是动词，不是名词！ 28、年轻是我们拼搏的筹码，不是供我们挥霍的资本。 59、世界上最不能等待的事情就是孝敬父母。 60、身体发肤，受之父母，不敢毁伤，孝之始也； 立身行道，扬名於后世，以显父母，孝之终也。——《孝经》 61、不积跬步，无以致千里；不积小流，无以成江海。——荀子《劝学篇》 62、孩子：请高看自己一眼，你是最棒的！ 63、路虽远行则将至，事虽难做则必成！ 64、活鱼会逆水而上，死鱼才会随波逐流。 65、怕苦的人苦一辈子，不怕苦的人苦一阵子。 66、有价值的人不是看你能摆平多少人，而是看你能帮助多少人。 67、不可能的事是想出来的，可能的事是做出来的。 68、找不到路不是没有路，路在脚下。 69、幸福源自积德，福报来自行善。 70、盲目的恋爱以微笑开始，以泪滴告终。 71、真正值钱的是分文不用的甜甜的微笑。 72、前面是堵墙，用微笑面对，就变成一座桥。 73、自尊，伟大的人格力量；自爱，维护名誉的金盾。 74、今天学习不努力，明天努力找工作。 75、懂得回报爱，是迈向成熟的第一步。 76、读懂责任，读懂使命，读懂感恩方为懂事。 77、不要只会吃奶，要学会吃干粮，尤其是粗茶淡饭。 78、技艺创造价值，本领改变命运。 79、凭本领潇洒就业，靠技艺稳拿高薪。 80、为寻找出路走进校门，为创造生活奔向社会。 81、我不是来龙飞享福的，但，我是为幸福而来龙飞的！ 82、校兴我荣，校衰我耻。 83、今天我以学校为荣，明天学校以我为荣。 84、不想当老板的学生不是好学生。 85、志存高远虽励志，脚踏实地才是金。 86、时刻牢记父母的血汗钱来自不易，永远不忘父母的养育之恩需要报答。 87、讲孝道读经典培养好人，传知识授技艺打造能人。 88、知技并重，德行为先。 89、生活的理想，就是为了理想的生活。 —— 张闻天 90、贫不足羞，可羞是贫而无志。 —— 吕坤
地下工程监测与检测技术
目前还处于发展阶段，还有大量的技术难题有待于探讨、研 究和解决。
和一幢8层居民楼发生倾斜，宾馆一面客房的墙体全部坍塌。
1.地下工程监测检测的必要性
①保证工程的施工质量和安全，提高工程效益。
②服务于工程建设的全过程。
使工程师对建(构)筑物与岩土共同作用的性状及施工和建(构)筑物 运营过程的认识在理论和实践上更加完善； 运用长期积累的观测资料掌握变化规律，对建筑物的未来性态作出及 时有效的预测； 为未来设计提供了大量定量信息，为更新设计理论、改进施工方法及 对破坏机理研究等提供宝贵的参考资料。
某地铁坍塌事故
2003年，某地铁区间隧道联络通道发生渗水，随后出现大量流沙涌 入，引起地面大幅沉降，周边8层楼房发生倾斜，其主楼裙房部分倒塌。
倒塌楼房以东至江边之间的地面也发生大幅沉降，江防汛墙断裂。直接
经济损失多达5000多万。
某广场挡土墙塌陷
2005年7月，某建筑工地基坑挡土墙突然发生坍塌，邻近的宾馆
规范阶段---- 20世纪80年代
逐步实现了仪器安装埋设与观测的标准化、程序化和质量控制措施， 编制了一些监测规程、指南和手册。
全方位发展阶段---- 20世纪90年代以来 新的监测手段和设备出现，自动化、智能化的监测系统、 数据处理系统、资料分析系统、预报预警系统的出现，可靠性 设计理论与方法的广泛应用，使得监测技术向着标准化、自动 化和智能化的方向发展。
2. 地下工程监测和检测中存在的主要问题
①部分工程未把监测、检测与信息反馈作为重要工序编入施工组织设计， 有的虽然作为工序编入，但实施不规范、不彻底、应用效果差； ②工程技术人员没能真正领会和掌握信息化设计与施工技术，施工中缺少 专业人员，特别是信息反馈方面，很少能结合施工情况，对监测检测信息进行 合理分析，进而对工程设计和施工起指导作用； ③缺乏环境的评估标准，有必要就地下工程施工对周围环境影响的评估程
《传感器检测技术》PPT课件
响
应特性：
➢ 除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输 出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输入输 出之间的差异就是动态误差；
➢ 传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器的 动态特性。
➢一般用传感器对于标准动态输入信号的响应来衡量传感器 的动态特性。标准动信号为正弦信号、阶跃信号和单位脉冲 信号。
环境影响量指由外界坏境变化而引起的示值变化量。由两个因素构成，一个 是零漂、二是灵敏度漂移。表示环境影响量时，必须同时写出示值偏差及 造成这一偏差的影响因素。
例： 0.1A/U ( 表5% 示电)源电压变化5%时，将引起示值变化0.1uA.
例：某数字式液位计的使用说明书上注明该产品为数 字面板表，它的量程为0-10m（从面板表上可以看到， 事实上只能显示9.99m,属于3位表），非线性训差为 1.5%，使用环境温度为0-30度，温漂为0.001m/度， 请确定该产品是否能满足满度相对误差不大于2.0%的 要求。
在下图中，弹簧管将压力转换为角位 移α
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弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿 条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生 角位移。
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其他各种弹性敏感元件
在上图中的各种弹性元件也能将压力转 换为角位移或直线位移。
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压力传感器的外形及内部结构
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测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参 量转换成易于处理的电压、电流或频率量。
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在左图中，当 电位器的两端加上 电源后，电位器就 组成分压比电路， 它的输出量是与压 力成一定关系的电 压Uo 。
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三.测试系统的静动态传递特性
1. 测试系统的静态传递特性
1) 静态方程和标定曲线
当测试系统处于静态测量时，输入量x和输出量y不随时间 而变化，将变成代数方程：
y a0 x Sx b0
系统的静态传递特性方程，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）。
S y x
为校准曲线与理想拟合直线
max
之间的最大偏差
YFS为传感器满量程输出平均值
note：基准直线不同，线性度不同。
✓ 迟滞(回程误差)
在相同测试条件下和全量程范围内，当输入由小增大和由大 减小的行程中，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。
h
hmax A
100%
的量值叫测试结果。
x n x 被测试值；n 标准量，即测试单位；
比值(纯数)，含有测试误差；
测试过程
传感器量测
变化、传输、处理
被测对象
测试信息
被测试的量值
一.测试系统的组成
被测对象
传感器
信号变换、 测量电路
指示仪器 记录仪器 数据处理仪器
打印机
荷载系统
测量系统
显示与记录系统
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，使与被 测对象（试件）有关的力学量之间的联系充分显露出来，以 便进行有效测量的一种专门系统。
地下工程监测与检测技术
第二章 测试技术基础知识及传感器的原理
内容提要
测试系统的组成 测试系统的主要性能指标 测试系统的静动态传递特性 测试系统的选定原则 传感器的一般原理 常用传感器 电阻应变片量测原理和技术 传感器的选择和标定
传感器基础知识 测试技术基础知识
第一节 测试技术基础知识
测试 测试是以确定量值为目的的一系列操作；由测试所获得的被测
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，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
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。精度与误差是同一概念的两种不同表示方法。测试系统的精 度越高，其误差越低，反之精度越低，则误差越大。
地下工程试验采用的荷载系统除液压式外，还有重力式、 杠杆式、液压式、弹簧式和气压式等。
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。传感器是整个测试系 统中采集信息首要的关键环节，它的作用是将被测非电量转换成 便于放大、记录的电量。
间，其输出值偏离原始值的最大偏差与满量程的百分比；温漂 ， 温度每升高1度，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比。
✓ 线性度(直线度)00%
✓ 灵敏度
对测试系统输入一个变化量 Δx， 就会相应地输出另一个变化量 Δ y，则 测试系统的灵敏度为：
2. 测试系统的动态传递特性
当系统的输入量与输出量随时间而变化时，测试系统所具有的特 性就称为动态特性。在动态测试时，必须考察测试系统的动态传递 特性，尤其要注意系统的工作频率范围。
时间响应和频率响应是动态测试过程中表现出的重要特性，也 是分析测试系统动态特性的主要内容。
测试系统的动态特性是描述输出y(t)和输入x(t)之间的关系。这
种关系在时间域内可以用微分方程或权函数表示，在频率内可用传 递函数或频率响应函数表示。
四.测试系统的选定原则
1. 灵敏度
灵敏度高意味着能检测到被测物理量极微小的变化，但灵敏度愈 高，往往测量范围愈窄，稳定性也愈差。在选择仪器时，最好选择 灵敏度有若干挡可调的仪器，以满足在不同的测试阶段对仪器不同 灵敏度的测试要求。
稳定性是由于仪器中随机性变动、周期性变动、漂移等引起的示 值变化，一般用精密度的数值和时间长短同时表示。
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化值，也叫灵敏 阈。一般来说，分辨率的数值愈小愈好。
标定曲线的种类
求取静态标定曲线，通常以标准量作为输入信号并测出对应的输 出，将输入与输出数据描在坐标纸上的相应点上，再用统计法求出 一条输入—输出曲线。标准量的精度应较被标定系统的精度高一个 数量级。
2）测试系统的主要静态特性参数
➢ 线性度 ➢ 灵敏度 — 分辨率，检测到的最小输入增量 ➢ 分辨力 — 量测上下限 ➢ 测量范围和量程 ➢ 迟滞 — 多次量测下，输入输出曲线的不一致性 ➢ 重复性 ➢ 零漂和温漂 零漂，传感器无输入或输入另一值时，每隔一定时
感受部分
传输部分
处理部分
显示部分
传感器
各种线缆
信号处理器、变换器
输出设备
测度仪
电缆
测斜管
测头
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。 计算机中需设计智能滤波等软件，以排除测量系统中的噪声干扰和偶
然波动，提高所获得信号的置信度。 对模拟电路，要用专门的仪器或电路（如滤波器等）来达到这目的。
绝对误差 x （x 仪器指示值） A（0 真值）
相对误差
x
（x 仪器指示值） A（0 真值） A（0 真值）
引用误差
y
（x 仪器指示值） A（0 真值） X（m 仪器的测量上限）
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；二是仪器外部环境和工作条件变化所引起的示值不稳定性， 以各种影响系数表示。
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。 测试系统的传递特性分为静态传递特性和动态传递特性。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 试系统的静态传递特性。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动态传递特性。作为静 态测量的系统，可以不考虑动态传递特性，而作为动态测量的系统 ，则既要考虑动态传递特性，又要考虑静态传递特性。