矿山测试技术--复习要点

矿山现代测试技术复习要点1、测试技术在采矿工程方面有哪些应用？测试技术贯穿采矿工程的各个阶段，包括科学研究、采矿设计和安全生产几个方面。

具体包括：采矿科学研究和设计：（1）包括矿山工程如巷道、矿柱、矿房、边坡等的稳定性和采场稳定性研究和设计一般方法；（2）建立力学模型、进行应力、位移、稳定性、破坏等分析矿山生产阶段监测：（1）验证初步设计参数选择正确性；（2）改进未来的设计；（3）对施工技术优越性和合理性进行评估和改进；安全监测：（1）矿山工程如巷道、矿柱、矿房、边坡等的稳定性监测；（2）采场稳定性监测；（3）爆破震动监测；（4）爆破冲击波监测环境监测：（1）矿井温度、湿度、粉尘监测；（2）有毒、有害、可燃、可爆气体监测；（3）通风热力学参数监测；（4）放射性强度监测；（5）爆破、机械噪声监测采矿自动化2、被测信号的分类？包括确定性信号和随机信号：确定性信号：可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号；确定性信号有静态信号和动态信号两种。

随机信号：不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号，即无法确切预测未来任何瞬间的精确值的信号，只能用数学统计模型来预测、描述和分析。

3、什么是传感器？传感器是一种把物理量和化学量转换为电量的装置。

传感器的作用：直接感受被测物理量并将被测物理量转换成便于放大、记录的电量(如电流、电压或电路参量)4、什么是信号调理器（变送器）？有什么作用？信号调理器是传感器与显示记录仪表之间的中间电路，能把传感器输出的信号转换成规范化标准信号：4～20mA电流信号；0～5电压信号信号调理器的作用：（1）放大：传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大（测控放大器）（2）预滤波：传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比（高频、低频、带通、带阻滤波器）（3）阻抗变换、调制解调常用的电路： 电桥电路、放大电路、滤波电路、调制解调电路、相敏检波电路、湝振电路、阻抗变换电路、A/D转换电路、V/F转换电路、线性化电路等。

5、线性系统具有哪些性质？（1)叠加性：系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，即，若 x1(t) → y1(t)，x2(t) → y2(t) ，则 x1(t)±x2(t) →y1(t)±y2(t)（2)比例性：常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍，即，若x(t) → y(t) ，则kx(t) → ky(t)（3)微分性：系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即，若 x(t) → y(t)，则x'(t) → y'(t)（4)积分性：当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分，即，若 x(t) → y(t)，则∫x(t)dt → ∫y(t)dt（5)频率保持性：若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号，即，若x(t) → y(t) 且 x(t)=Acos(ωt+φx)，则y(t)=Bcos(ωt+φy)6、什么是测试系统的静态特性？什么是静态校准条件？静态特性：指系统在被测信号处于不变或缓慢变化时，输入与输出的关系。

静态校准条件：指没有加速度，没有冲击，振动，环境温度为20±5℃，相对适度不大于85％，大气压力为0.1±0.08MPa的情况。

7、什么是标定曲线？标定曲线：在标准条件下，给定输入值，对系统重复进行全程逐级加载和卸载获得曲线。

8、什么是灵敏度？对测试系统输入一个变化量Δx，就会相应地输出一个变化量Δy，则测试系统的灵敏度s为.9、什么是线性度？线性度：标定曲线与理想直线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) 内，标定曲线与参考理想直线的最大偏差为Bmax，则线性度可用下式表示Image10、什么是回程误差？回程误差（迟滞Hysteresis）：在相同测试条件下和全量程范围yFS 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Δhmax与 量程yFS 的比值的百分率：Image11、什么是量程？什么是分辨力和阀值？什么是动态范围？系统在正常工作时所能测量的最大量值范围，称为测量范围称之为量程.。

分辨力（ Resolution ）是指系统能检测到的输入信号的最小变化值的能力。

阀值（ Threshold ）是指当一个系统的输入从零开始极缓慢地增加，只有达到了某一最小值后，才测得出输出变化，这个最小输入值输入就称为系统的阈值(死区Dead band)。

动态范围：跨度与绝对分辨力之比，12、什么是幅频特性和相频特性？幅频特性：表示输入、输出正弦信号振幅随频率的变化规律 ；相频特性：表示输入、输出正弦信号相位差随频率的变化规律；13、传感器的分类有哪些？（1）按传感器用途分类按被测物理量来分类的，它能明显体现传感器的功能如位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、温度传感器、气敏传感器、流量传感器等（2）按工作原理分类按传感器工作原理来分类如电阻式、电容式、电感式、压电式、磁电式、光电式传感器14、请绘制惠斯顿电桥电路，并给电压平衡条件；请用公式表示当桥臂1有电压变化∆R时，电桥输出电压变化∆U？Image电压平衡条件：当电压平衡条件时，电桥输出电压为零即电桥平衡时相对桥臂电阻的乘积相等。

当桥臂1电阻产生时，电桥失去平衡，此时电桥输出电压为15、应用电阻应变片进行测量时，如何消除环境温度影响？。

常采用桥路补偿法消除温度变化引起的应变。

在常温范围内，采用桥路补偿方法，就是利用在电桥的两个相邻桥臂上，同时产生量值相同、符号亦相同的电阻变化量，不改变电桥输出的性质，消除温度变化带来的附加应变。

这种方法有两种实现方式：补偿片补偿法在与被测试件材料相同、但不受应力的补偿件上，粘贴和工作片性能完全相同的补偿应变片，并使补偿件和被测试件同处于相同的温度环境中。

工作片与补偿片分别接入测量电桥的相邻桥臂，通过电路本身的特性来抵消两应变片由温度产生的电阻增量。

Image（2）工作片补偿法在一定条件下，补偿片亦可由工作片代替。

如图悬臂梁，上下两表面应变量值相等，符号相反，温度条件相同，各贴一个类型、阻值和灵敏度系数均相同的应变片，并各自连接在电桥的两个相邻桥臂上。

这两个工作片互为温度补偿片。

同时可使电桥灵敏度提高。

增加测量的精度：Image16、简述电容式传感器的工作原理？对于平板电容器，当忽略边界效应时，两个金属平板之间的电容为：其中：—两极板间的介电常数；S—两极板相对有效面积；d—两极板间的间隙；C—两金属板间的电容。

改变电容C的方法有三种：其一改变两个极板间的距离；其二改变形成电容的有效面积；其三改变介质介电常数；以上任何一种变化都将产生电容值的改变，从而构成电容式变换器。

17、简述动态信号记录仪的工作原理？动态信号记录仪主要由CPU（中央处理器）、存储管理控制器、显示控制器等几个部分组成，通过系统总线把这几部分连接起来。

各自独立的N路采集通道和内部计算机通过存储管理控制器相连共同组成整个系统，每个通道均由程序控制放大器、高速A/D（模／数）变换器、RAM 存储器等组成。

被测信号经过相应的传感器变成模拟电压信号，输入到动态测试分析记录仪；经程序控制放大器成合适的电平加至高速A/D变换器，通过A/D变换器以一定的速率采样、量化、编码，模拟信号转变为离散的数字信号；A/D变换器的数字输出由控制电路发出的指令脉冲控制，先逐一地存入RAM存储器，再通过存储管理控制器控制磁盘控制器工作，使数据存入磁盘，控制显示控制器工作，使数据通过高分辨率显示器显示出来。

18、简述典型的数据采集系统的组成及各部分功能？典型的数据采集系统由硬件和软件组成，其中硬件由程控放大器、抗混滤波器、采样保持器、模数转换器、总线与接口和计算机组成。

计算机——是数据采集系统的核心，在软件引导下，对整个数据采集系统进行控制，并对采集的数据进行处理；软件——使PC和数据采集硬件形成了一个完整的数据采集、分析和显示系统；程控放大器——使不同数量级的输入电压都具有最合适的电平，使A/D变换器达到最佳变换；抗混滤波器——滤去高频干扰，保证后续的采样/保持器、A/D变换器有合适的工作频率（满足采样定理所要求的频率）；采样/保持器（sample/hold）——以一定时间间隔拾取模拟信号的瞬时值，并保持幅值恒定，以保证A／D转换器正常工作。

A/D变换器——实现瞬时值量化、编码，将模拟信号转换数字信号；系统总线和接口——把数据采集系统各部分连接起来，实现计算机与系统各部分之间的数据通讯。

19、动态测试记录仪的主要特点（1）系统构成特点前端系统——多种采样率、量化分辨率的采集系统后端系统——相同的后处理系统及处理软件优点——标准体系结构，可靠性提高，便于维护硬件；软件模块化设计，使仪器组合灵活方便（2）自动测量多通道并行数据采集，并能自动测量信号幅度、频率、上升时间、相位等（3）具有很强的数据处理和分析能力在时域处理方面：波形的加、减、乘、除、微分、积分等，在频域处理方面： FFT、功率谱处理（4）.具有多种用户类型接口和计算机扩展功能其数据输出很方便，如，存盘、通信、打印、绘图等多种方式方便了对测试结果的分析，以及测试报告的生成等20、电阻应变测量的优缺点？电阻应变测量的优点：（1）测量范围广、灵敏度和精确度高；最小可测1～5微应变，最大可测2～3万微应变。

其测量误差一般小于2％。

（2）频率响应范围大可以测量静载下的应变，而且可以测量动载以及冲击载荷（5×105Hz）的应变。

（3）应变片尺寸小，重量轻、惯性小尺寸只有（0.2mm）,对被测试件工作状态和应力状态影响极小.（4）适用范围广高温、低温、高压、高速、旋转等特殊环境下均可使用，将应变片做成各种形式的传感器，用以测量加速度、位移、压力、重量等物理力学参数。

（5）能实现远距离测量和自动记录电阻应变测量的缺点：（1）常规应变片在大应变状态下，电阻变化率与应变的关系呈现较大的非线性；（2）普通电阻应变片输出信号较小，在强电磁场内易受干扰；（3）测出的应变是一小块面积的平均应变，对几何尺寸较小的被测试件就难以显示其应力梯度和应力分布情况。

21、应变片规格选择有哪些原则？（1）实际值是标距内的平均应变，应变场梯度大或高频变化的应变以及在传感器上应用的，选用标距小的；（2）在不均匀的材料或有裂隙材料上测量时，如砼、岩石宜采用标距大的应变片（3）在长期观测使用时，用大标距应变片可以减小应力松驰效应（4）应尽量选用大标距应变片，小标距应变片制造精度不易保证、粘贴质量比较敏感，粘贴方向也不易保证，（5）在复杂应力状态下，主应力方向未知时，应选用应变花，以便反映某点应力22、应变片类型选择有哪些原则？（1）应变片结构类型选择在测量精度要求不高情况下，可用丝绕式应变片； 在重要测量和传感器上使用，宜选用短接式或箔式应变片；半导体应变片和薄膜应变片体积小，输出大，传感器上应用；（2）基底种类选择应变片基底材料有纸基、胶、金属等，在常温下可用纸基应变片，在温度较高、湿度大，甚至水下，应选择胶基应变片。