第五章应变测试系统
静态应变测试分析系统
DH3818静态应变测试分析系统1 概述DH3818是特地为学生实验设计的静态应变测试系统，有10通道、20通道、（1+10）通道和（1+19）通道四种形式供用户选择。
手动测量时，高亮LED数码管即时显示应变、力或位移值。
可根据应变计的灵敏度系数、导线电阻、桥路方式对测量结果进行修正。
计算机最多可直接控制16台仪器，所有操作均由计算机完成，巡检速度为10点／秒。
1.1应用范围1.1.1根据测量方案，完成全桥、半桥、1／4桥（公用补偿片）状态的应力应变的多点巡回检测；1.1.2配合各种桥式传感器，实现压力、力、荷重、位移等物理量的多点巡回检测；1.1.3与热电偶配合，通过热电偶分度号的计算，对温度进行多点巡回检测；1.1.4对输出电压小于20mV的电压信号进行巡回检测，分辨率可达1μν。
1.2 特点1.2.1 高亮LED数码管即时显示通道号和应变值，试验结果直观明了；1.2.2采用进口高性能机械继电器，通过特殊的电路设计，消除了开关切换接触电势变化对测量结果的影响，先进的隔离技术和合理的接地，具有较强的抗干扰能力；1.2.3 通道组合灵活，可同时接应变传感器和力传感器；1.2.4根据应变计的灵敏度系数、导线电阻、桥路方式以及各种桥式传感器灵敏度，对测量结果进行修正。
1.3 系统构成计算机通过USB和数据采集箱相连，构成10\20\10+1\19+1测点的静态应变测量系统。
一台计算机通过RS485通讯扩展线最多可以同时控制16台采集器。
1.3.1 仪器与多种传感器的连接，如图1所示：图1 传感器与仪器连接1.3.2 单台工作如图2所示：图2 单台仪器工作1.3.3 多台仪器工作如图3所示：图3 多台仪器工作1.4 硬件功能1.4.1 直观的测量结果显示：高亮数码管直接显示测量结果，人性化的按键操作，实验人员在现场无计算机的情况下，通过数码管显示直接查看各个测点的工作情况；1.4.2 通过计算机联网观察实验情况：在教学实验室由一台计算机通过USB控制多台仪器，最多可同时直接观察16台仪器的测试状态，老师能掌握每个实验组的实验情况，提高课堂实验教学质量。
工程结构实验5 桥梁结构荷载试验
Ss S 1 + µ )
2、加载形式与控制 试验荷载载位有两种形式： ⑴试验荷载载位有两种形式： 沿桥轴方向加载， 垂直于桥轴方向加载。 ①沿桥轴方向加载， ②垂直于桥轴方向加载。设计加 载时除注意试验荷载纵向加载位置外， 载时除注意试验荷载纵向加载位置外，同时还要注意荷 载横向加载图式，横向加载图示有对称和偏心加载 对称和偏心加载。 载横向加载图式，横向加载图示有对称和偏心加载。 分级控制的原则如下： ⑵分级控制的原则如下： 当加载分级较为方便时， ① 当加载分级较为方便时，可按最大控制截面内力荷 载工况分为4 载工况分为4～5级； 使用载重车加载，车辆承重有困难时也可分为3 ② 使用载重车加载，车辆承重有困难时也可分为3级加 载； 如果桥梁的调查和验算工作不充分，或桥况较差， ③ 如果桥梁的调查和验算工作不充分，或桥况较差， 应尽量增多加载分级， 应尽量增多加载分级，且最大内力不应超过控制荷载作 用下的最不利内力。 用下的最不利内力。
最好每级加载后卸载，也可逐级加载，达到最大 最好每级加载后卸载，也可逐级加载， 荷载后逐级卸载。每级加载应具有一定的时间间隔， 荷载后逐级卸载。每级加载应具有一定的时间间隔， 一保证加载后桥梁结构能充分变形并达到稳定。（ 。（一 一保证加载后桥梁结构能充分变形并达到稳定。（一 10min—15min 15min）。 般10min 15min）。 动载试验一般安排汽车车列（ 动载试验一般安排汽车车列（对小跨径桥也可用 单车）在不同车速时的跑车试验，跑车时速一般为 单车）在不同车速时的跑车试验， 5km、10km、20km、30km、40km、50km。（ 。（一般最大 5km、10km、20km、30km、40km、50km。（一般最大 0.6倍设计车速 倍设计车速） 为0.6倍设计车速）
作业题1、测试系统的组成是什么各部分的主要作用是什
第12章
传感器的典型应用
1、电涡流式位移传感器是一种非接触式测振传感器， 其基本原理是什么？P186
2、什么是光栅？什么是莫尔条纹？P201
3、磁尺测量装置有那几部分组成？P205 4、什么是压磁效应？压磁式力传感器的工作原理是 什么？P219
5、图中所示为一直流电桥，供电电源电动势 E=3V，R3=R4=100Ω，R1R2为相同型号的电 阻应变片，其电阻均为50Ω，灵敏度系数K=2.0。 两只应变片分别粘贴在等强度梁同一截面的正 反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为 5000με，试求此时电桥输出电压U0。
b
R1 R1 R2 R2
6、为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？
7、霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？
第10章 作业
1、热电偶温度传感器的工作原理是什么？
2、热电偶的基本定律有哪些？
3、为什么要对热电偶进行冷端补偿？常用的方法有哪些？ 补偿导线的作用是什么？连接补偿导线要注意什么？
4、电阻式温度传感器的工作原理是什么？有几种类型？
5、金属热阻温度传感器常用的材料有哪几种？
第11章 光电式传感器
1、光电效应有哪几种？分别对应什么光电元件？ 2、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管的性能差异，简 述在不同场合下应选哪种元件最为合适？ 3、简述光电倍增管的工作原理。 4、用光电传感器测转速，试画出其原理结构简图，并说明 其工作原理。
上篇 测试技术基础
作业题：
1、测试系统的组成是什么？各部分的主要作 用是什么？P2
2、静态响应特性的指标主要有哪些？P26 3、简要回答什么是分辨力、测量范围和稳定 度。P27
第5章 电阻应变式传感器
本章作业： 1、什么是应变效应？金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何异同？ 2、试说明电阻应变片有哪些途？ 3、采用阻值为120Ω、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻 组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1με和 1000με时，试求单臂工作电桥、双臂工作电桥及全桥工作时的输出电压，并比较三种 情况下的灵敏度。 4、采用阻值R=120Ω、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片与阻值R=120Ω的固定电阻 组成电桥，供桥电压为10V。当应变片应变为1000με时，若要使输出电压大于10mV， 则可采用何种接桥方式（设输出阻抗为无穷大）？
《工程测试技术》第五章电阻应变片
U0
R R
UI
1 4
U I S ( 1 2 3 4 )
Uo
R0 R0
UI
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
电桥的工作特性:
1）不同的接桥方式具有不同的电桥灵敏度，尽量采 用半桥双臂或全桥方式。
①提高灵敏度——半桥双臂或全桥联接 相对桥臂：同极性 相邻桥臂：反极性 ②实现温度补偿——全桥自动补偿 半桥双臂：邻臂(同一温度场) ③消除非测量载荷的干扰影响
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
测量用应变片
1 1 p 1M ; 3 3 p 3M ;
2 0; 4 0;
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
电阻应变片
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
电阻应变片的选择、粘贴技术 1）目测电阻应变片有无折痕、断丝 等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。 2）用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥 中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆。
3）试件表面处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
又 1M 3 M ; 总 1 p 3 p 2
U 0 1 4 U IS 总 1 2
p
U IS p
补偿用应变片
测量P消除M的影响
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
2、温度误差及补偿
温度误差——附加应变 1)电阻温度效应
R R t
对半导体材料，压阻效应为主：
dR R
被测量
应变测试操作指南
应变测试操作指南（仅供参考）方彧常鹏本操作指南用DH3815N做演示一、硬件连接首先连接硬件，将DH3815N电源/控制器通过DH3815N扩展线与DH3815N 采集箱相连接，见图一、图二。
图一DH3815N电源/控制器通讯如图一所示，图片左上角的蓝线为USB线，负责计算机与DH3815N控制器的通讯；蓝线下面为DH3815N从机扩展线，负责控制器与采集箱的通讯，另一头与采集箱相连（见图二）。
控制器也可以通过面板上的“主机扩展输入”、“主机扩展输出”和DH3815N主机扩展线和别的控制器相连，前提是每台控制器的机号不能重复，“主机扩展输入”、“主机扩展输出”在风扇的左侧。
而采集箱也可以通过“从机扩展输入”、“从机扩展输出”和DH3815N从机扩展线和别的采集箱扩展通讯，前提是每台采集箱的机号也不能重复。
右上角为电源线；电源线左边为接地端，用来接地以减少电路干扰特别是50Hz工频干扰，图二中的右上角也是接线端，使用DH3815N前(特别是户外试验)用导线（最好线径大于0.5mm）将控制器与采集箱的接地端相连，再引入到大地中去；图片下方的三幅图为1/4桥、半桥、全桥连接方式示意图。
图二中的下方为测点，共分两排，第一排的左边第一排接线端为补偿点，每排的补偿点之后的八排接线端均为工作测点，第一排的工作测点号为一至八号测点，图二中的采集箱为2号机，所以测点即2-1、2-2……2-8测点；而第二排的工作测点为九至十六号测点，即2-9、2-10……2-16测点。
测点上可以接1/4桥、半桥、全桥形式布置的应变片，或者应变式位移传感器、荷重传感器等基于应变测试原理的桥式传感器。
图二DH3815N采集箱通讯采集箱上的每个测点共有六个接点，第一个接点为+Eg(正桥压输入)，第二个测点为Vi+(正信号输出)、第四个接点为-Eg(负桥压输入)，第五个测点为Vi+(负信号输出)，第六个测点为屏蔽端G，在第八、十六号测点后面有标记。
无线应变测试系统在钻机井架检测中的应用
无线应变测试系统在钻机井架检测中的应用摘要：目前，我国石油钻井井架有 1000 多部。
井架作为钻机系统的关键设备，其承载能力直接关系到整套钻井系统的安全。
在长期的生产过程中，由于拆装、运输、超载和腐蚀等各方面因素的影响，这些损伤缺陷使井架的承载能力严重低于原设计，导致井架承载能力难于满足当初的设计要求，成为钻井过程中安全生产的重大事故隐患。
应力测试是石油钻机井架检测的主要项目之一，是井架承载能力的主要测试方式。
测量井架应变现有的测试系统是有线测试系统，有线测试系统安装繁琐、工作量大、测量精度受导线长度和布线影响大、测试周期长。
针对传统的有线应变测试系统存在的问题，设计出了基于无线网络的石油井架应变测试系统。
这种无线测试系统比常规测试更便捷，具有高效率、高可靠性、低功耗、测试精度高、稳定性强等优点，适合在石油井架现场测试中应用。
关键词：无线应变测试系统；钻井机架；检测；应用分析中图分类号：te951文献标识码： a 文章编号：一．前言石油井架是油气田开发中的重要机械，负责起升和下放钻柱、安放和悬挂天车、游车、大钩等提升设备和工具，其安全与否直接影响到整套钻机系统的正常运行，对油田安全生产起着重要的作用，因此必须定期对井架的结构进行检测和维护，以提高井架安全性，避免重大事故的发生。
应力测试是石油钻机井架检测的主要项目之一，是井架承载能力的主要测试方式。
现有的井架结构应力应变测试系统是采用导线的有线测试系统，在井场测试时需要耗费大量的人力、物力和时间来完成测量导线的运输、布置和连接工作，存在安装繁琐、工作量大、测量精度受导线长度和布线影响大、测试周期长、不能实现钻进与测试同步作业等问题。
鉴于有线应变测试系统在石油井架结构安全检测中存在的问题，本文提出了一种基于无线网络的石油井架应变测试系统。
与现有测试系统相比，这种无线测试系统提高了系统的测试精度和可靠性，增强了系统的适应性和灵活性，使系统的安装、使用更加方便快捷。
应变式加速度测试系统与信号处理设计
应变式加速度测试系统与信号处理设计年级:学号:姓名:专业:指导老师:年月测试专业传感器与信号处理课程设计任务书本课程设计采用低频《应变式加速度传感器》为振动信号检出器，对车辆振动检测系统进行较全面的设计。
主要内容包括：传感器设计，供桥电源设计，信号调理器设计，仿真分析，测试信号分析与处理等。
通过该课程设计，使同学们初步掌握传感器与测试系统的设计步骤和方法，以及信号分析与处理的基本技术，培养同学们的设计能力。
一、应变式加速度传感器概念能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，称为传感器，通常由敏感元件和转换元件组成。
应变式加速度传感器是一种低频传感器，由弹性梁，质量块，应变片及电桥等组成，质量块在加速度作用下，产生惯性力使弹性梁变形来获取信号，是车辆振动测量常用传感器。
二、测试系统的组成1、应变式加速度传感器，检出振动信号；2、供桥电源（恒流源）及系统电源；3、信号调理器：放大器、滤波器及积分电路等。
三、应变式加速度传感器技术指标量程：±50 g；频率范围：0.01～149Hz；非线性误差：≤0.05灵敏度：≥0.001(v/g)外壳尺寸：不大于16mm×16mm×20mm；重量：不大于15g；供桥电压：2V～24V（DC）。
测试系统其它部分的技术指标应与传感器指标相匹配。
四、设计的主要内容1、测试系统2、仿真分析3、测试实验4、测试信号分析与处理目录设计计算 (1)一、加速度测试系统的原理与结构 (1)二、传感器设计 (1)1.应变式加速度传感器简介： (1)2.设计计算： (2)3.设计结果: (4)三、信号调理器设计 (5)1、电桥放大器设计： (6)2、滤波器设计 (9)3、积分电路设计 (12)4、有效值、峰值检测电路设计 (17)四、供桥电源设计 (21)1.设计指标 (21)2.小型变压器设计原理 (21)3.稳压电路图主要原件、性能 (22)5.电路设计、原件选取原则 (23)五、传感器、信号调理器电路总成 (24)六、加速度信号测试与信号分析处理 (25)1. 振动加速度信号测试 (25)2. 信号分析处理 (26)七、总结 (28)附录数据处理程序 (29)应变式加速度传感器放大器低通滤波器积分电路峰值检测供桥电源（恒流源）及系统电源数据采集计算机分析处理信号调理器设计计算一、加速度测试系统的原理与结构应变式加速度传感器是一种能够测量加速度、速度和位移的传感器。
测试技术智慧树知到答案章节测试2023年济南大学
第一章测试1.测试技术是测量和试验技术的统称。
（）A:对B:错答案:A2.工程测量可分为静态测量和动态测量。
（）A:错B:对答案:B第二章测试1.所有周期信号都是功率信号。
（）A:对B:错答案:A2.各态历经随机过程是平稳随机过程。
（）A:错B:对答案:B3.瞬态非周期信号的幅值谱表示的是幅值谱密度与频率的函数关系。
（）A:错B:对答案:B4.信号在时域上波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。
（）A:对B:错答案:A5.周期方波是简单周期信号。
（）A:错B:对答案:A第三章测试1.一个幅频特性为常数的线性系统，一定是不失真测量系统。
（）A:对B:错答案:B2.测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。
（）A:对B:错答案:B3.一阶低通测试装置适宜于测量缓变的信号。
（）A:对B:错答案:A4.测试装置传递函数H ( s )的分母与（）有关。
A:输出量y(t)B:输入点的位置C:装置结构D:输入量x(t)答案:C5.测试装置的频率响应函数H ( jω ) 是装置动态特性在（）中的描述。
A:幅值域B:时域C:复数域D:频域答案:D第四章测试1.压电式传感器的前置放大电路采用（）时，传感器的连接电缆可以达到百米以上，也不会影响其灵敏度。
A:比例运算放大器B:电荷放大器C:电桥D:电压放大器答案:B2.如果用电容传感器测电影胶片的厚度，那么可能是电容传感器的（）参数发生变化。
A:极距B:变化参数不定C:面积D:介质答案:D3.可以进行转速测量的传感器是（）。
A:光电式或霍尔式B:压电式或涡流式C:电阻式或霍尔式D:电阻式或涡流式答案:A4.在电容传感器的比例运算放大器电路中，传感器电容应接在（）回路中。
A:反馈B:电源C:输出D:输入答案:A5.在用涡电流传感器进行探伤时，是根据（）的变化。
A:物体的材质B:传感器线圈的激磁频率C:传感器与物体之间的间隙D:物体的磁导率答案:D第五章测试1.在使用电阻应变仪的时候，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片以提高灵敏度，下列方法（）可以提高电桥灵敏度。
应变测试操作指南
应变测试操作指南在工程领域和科学研究中，应变测试是一项至关重要的技术，它能够帮助我们了解材料和结构在受力情况下的变形情况，为设计、分析和优化提供重要的数据支持。
下面，将为您详细介绍应变测试的操作流程和注意事项。
一、测试前的准备工作1、确定测试目的和要求首先，需要明确为什么要进行应变测试，是为了评估结构的强度、验证设计假设，还是研究材料的力学性能？根据测试目的，确定所需测量的应变类型（如拉伸应变、压缩应变、弯曲应变等）、测量精度和测试范围。
2、选择合适的应变测试方法应变测试方法有多种，常见的包括电阻应变片法、光纤光栅应变测量法、数字图像相关法等。
电阻应变片法是应用较为广泛的一种，具有精度高、稳定性好等优点；光纤光栅应变测量法则适用于高温、强电磁干扰等恶劣环境；数字图像相关法可以实现全场应变测量。
根据具体的测试条件和要求，选择合适的测试方法。
3、准备测试设备和仪器根据所选的测试方法，准备相应的设备和仪器。
例如，电阻应变片法需要应变片、应变仪、数据采集系统等；光纤光栅应变测量法需要光纤光栅传感器、解调仪等。
确保设备和仪器经过校准，并且在有效期内。
4、试件的准备对要测试的试件进行处理，使其表面平整、清洁，以便于粘贴应变片或安装其他传感器。
对于金属试件，需要去除表面的氧化层和油污；对于混凝土试件，需要打磨表面，使其粗糙但平整。
5、制定测试方案包括测试点的布置、加载方式、加载顺序、数据采集频率等。
测试点的布置应根据结构的受力特点和分析需求来确定，通常在应力集中部位、关键截面等处设置测试点。
二、应变片的粘贴与连接1、应变片的选择根据测试要求选择合适的应变片，如电阻值、敏感栅尺寸、基底材料等。
应变片的电阻值一般为120Ω 或350Ω，敏感栅尺寸应根据测量精度和试件表面状况来选择。
2、表面处理在粘贴应变片之前，对试件表面进行清洁、打磨和脱脂处理，以提高应变片与试件之间的粘结强度。
使用砂纸轻轻打磨表面，然后用无水乙醇或丙酮擦拭干净。
DH3815静态应变仪使用说明
DH3815静态电阻应变仪使用说明Ｖ１.00编写：复核:审核:第一章概述1.1DH38１５设备的技术特点DH3８15N静态应变测试系统是全智能化的巡回数据采集系统；通过计算机完成自动平衡、采样控制、自动修正、数据存贮、数据处理和分析, 生成和打印试验报告。
ＤH3815Ｎ通过UＳB接口与计算机通迅，即插即用,方便可靠;所有数据采集模块由电源/控制器统一供电。
每个测点连续采样，速率可达2Hz（即0.5秒内完成所有测点的采集、传送、存贮和显示),可进行准静态测试,有效捕捉缓慢变化信号的变化趋势，并且易于现场操作。
◆ 特点ﻫ１、系统中,独立化模块设计,每个数据采集模块可测量16个通道，每个系统可控制16个模块(256个通道),每台计算机可控制16个系统（每台计算机最多可控制４096个通道）。
2、多系统控制，每个系统统一供电。
可多系统并行工作（如图1),也可单系统独立工作(如图2)。
所有ＲＳ48５通讯距离最远可达10０m。
３、采用进口高性能光隔离低接触电势固态继电器，通过特殊的电路设计,消除了开关切换时，接触电势的变化对测量结果的影响。
因此，我公司生产的静态应变测量系统的所有指标均包含了切换开关的影响。
４、先进的隔离技术和合理的接地，使系统具有极强的抗干扰能力，适用于各种工程现场的检测。
５、数据采集箱通过USB和笔记本计算机通讯，实现了便携式测量系统，更加适用于工程现场。
6、系统可以在０.5秒内完成所有通道(最多４096通道）数据的采集、传送、存贮和显示,进行静态测试。
也可以在所有通道(最多4０96通道）同时工作时，每通道以2Ｈz的采样速率连续采样（同步存贮和显示），进行准静态测试，有效捕捉缓慢变化信号的变化趋势。
７、中文视窗9５／98／NＴ/2０0０/ＸP操作系统下采用C++编制的采样控制和分析软件，具有极强的实时性以及良好的可移植性、可扩充性和可升级性。
8、通用、可靠的通讯方式，使系统实现了边采样、边传送、边存硬盘、边显示，利用计算机海量的存储硬盘，长时间实时、无间断记录所有通道信号。
第六章.应变测试系统
机械测试系统原理与应用 第6章 应变测试系统
• 第1节 变片及电阻应变式传感器 • 第2节 应变测量电路 • 第3节 布片与组桥 • 第4节 提高应变测量精度的措施
2
机械测试系统原理与应用
第1节 变片及电阻应变式传感器
6.1.1 金属线材的应变效应
形变效应
压阻效应
dR d (1 2 ) R
6.1.2应变片的工作原理
应变片的结构和作用
6
机械测试系统原理与应用
• 基底：固定敏感栅，将试件应变传给敏感栅，绝 缘； • 敏感栅：应变转化为电阻； • 引线：接入电路，信号转化； • 覆盖层：保护敏感栅； • 粘结剂：固定作用。
7
机械测试系统原理与应用
电阻应变的工作特性 横向效应
16
机械测试系统原理与应用
当各桥臂电阻发生变化时，输出电压发生变化： 若：
R1 R1 R1
R2 R2 R2 R4 R4 R4
则：
R3 R3 R3
( R1 R1 )(R3 R3 ) ( R2 R2 )(R4 R4 ) Uo Ui ( R1 R1 R2 R2 )(R3 R3 R4 R4 )
工作桥臂：接入的是应变片，有电阻变化。
根据电桥工作中桥臂电阻值变化情况可分为 半桥单臂、半桥双臂和全桥三种联接方式。
17
机械测试系统原理与应用
调制与解调
调幅与解调 原理：调幅过程就是将调制信号与载波相乘， 使载波的幅值随调制信号的变化而变化。
调频与解调 原理：使载波的频率偏移量随调制信号 的幅值而变化。
18
机械测试系统原理与应用
总结
不管测试对象如何变化，电桥总是输出一个频 率为ω的“正弦信号”，它与一般正弦波不同之处仅 在于幅值不是一个固定值，而是一个与被测对象的 变化成线性关系的变量。
第五章 应力、应变测试
检测和监控生产过程中的产品 质量
应力、应变测试的
03
方法
应变片法
定义：通过将应 变片粘贴在被测 物体上，测量物 体受力变形时产 生的电阻变化， 从而确定物体的 应变。
工作原理：基于 应变效应，当应 变片受到外力作 用时，其电阻值 会发生变化，通 过测量电阻值的 变化可以计算出 物体的应变。
应用范围：广泛 应用于各种材料 和结构的应力、 应变测试，如桥 梁、建筑、航空 航天等领域的结 构健康监测。
应力、应变测试的
04
应用
在材料力学中的应用
验证材料的力学性能
评估材料的疲劳寿命
研究材料的断裂行为
优化材料的设计和制 造过程
在结构分析中的应用
确定结构的极限 承载能力
评估结构的稳定 性
预测结构的疲劳 寿命
分析结构的振动 特性
在生物医学中的应用
生物材料的力学 性能研究
医疗器械的力学 性能测试
生物组织的力学 特性研究
未来展望
智能化测试技术：利用人工智能 和机器学习算法提高测试效率和 准确性
跨学科融合：将应力、应变测试 与其他相关领域进行跨学科融合， 拓展测试应用范围
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
实时监测与预警：实现测试过程 中的实时监测和预警，提高测试 安全性
绿色环保：发展环保型的测试技 术，降低测试对环境的影响
优点：测量精度 高、可靠性好、 稳定性强、适应 性强等。
光学法
原理：利用光的 干涉、衍射等光 学效应，测量物 体表面的微小变 形
优点：非接触、 高精度、实时监 测
应用领域：材料 力学、生物医学 、无损检测等
局限性：对环境 要求较高，成本 较高
第3章 应变测试系统以及在选矿测试中的应用
也可用来计算电桥的输出电压。
R0
R0
R1
R2 F
（a）
U
R2
U0
（b）
35
二、不等臂对称电桥的特性
在应变测试中当R1=R2，R3=R4，但R1≠R3时， 这样的电桥称为不等臂对称电桥。 单个桥臂中具有加减特性
R1R4 R2 R3 U U0 R1 R2 R3 R4
电桥的加减特性就是：电桥相邻桥臂有异号、 或相对桥臂有同号电阻变化时，电桥能相加；而相 邻桥臂有同号、或相对桥臂有异号电阻变化时，电 桥能相减。
在布片和组桥时，可通过电桥相加特性来提高 被测信号的转换灵敏度；利用相减特性消除干扰因 素的影响。也可用来计算电桥的输出电压。
34
在布片和组桥时，可通过电桥相加特性来提高被测 信号的转换灵敏度；
R U U m sin t 4R
从以上分析可知，不平衡电桥的输出电压不仅与 桥臂电阻有关，也与供桥电源有关。电源电压的 稳定性将直接影响电桥测量的精度。
18
三、交流电桥的特殊作用
1.交流电桥的调幅作用 将应变片的电阻变化率∆R/R与应变ε 的关系代入下式可
得到：
R U U m sin t 4R
U
输出交流信号。
一般常用的如应变测量电桥 的桥臂是由电阻组成，且常 采用交流电桥。 图中C1、C2为等效电容。
U0 Um sin t
应变测量交流电桥
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2. 电桥的平衡
当电桥两个输出端的电位相等，输出电压为0时，称为 电桥平衡。电桥平衡条件即：
Z1
Z3
Z2
或：
Z4
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（2）测拉力应变排除弯矩应变。 方法一：贴温度补偿片，接成全桥。
R1 P P
M
R3 R2 R4
M
R1 R2
R3 R4
0 0
P
P
M T
0 0
M
T
P M
T T T
U i U [( ) ( ) ] o K P M T T P M T T 4 U i K 2 P 4
第五章 应变测试系统
光弹性实验法 电阻应变测量
脆性涂层法
云纹法
全息干涉法
6.1 应变片
一、工作原理：金属线材的应变效应
R K0 R
放大 记录
二、电阻应变测量过程
应变 电阻变化 电流或电压变化
三、电阻应变测量的特点
优点：a.应变片尺寸小，重量轻 b.频率响应好（0～500KHz） c.测量范围广（10～10４微应变 ） d.可在各种恶劣条件下使用，价格便宜 缺点？
e.测量应变的灵敏度和准确度高
四、应变片的工作特性 （1）横向效应：横向电阻变化将抵消纵向一 部分电阻变化，使整个应变片的灵敏度降低。
（2）线性及机械滞后：初始加载和卸载时有非 线性和较显著的滞后现象。 （3）零点漂移：试件不受力的条件下，温度恒 定，而应变片的指示应变值随时间而改变的特性。
（4）蠕变：在某一恒定应变状态下，保持温 度不变，其指示应变值随时间而变化的特性 。 （5）疲劳寿命：在某一交变应变幅度下，应 变片所能经受的有效工作循环次数。105-107次。
温度补偿：排除温度效应影响的措施。
温度补偿原理
温度补偿
P
T T
R1
P
R2
Ui Uo K( P T T ) 4 Ui K P 4
要实现温度补偿应注意的问题：
补偿片和工作片的性能参数完全相同
贴补偿片的材料与被测试件材料相同
补偿片和工作片尽量放近一些，处于同一温 度场 工作片、补偿片接在相邻桥臂上
比较两种方法
例2：求如图所示试件由弯矩引起的应变。
解：方法一：
R1
M
M
M
M
T
R2
R1 R2
M
0
M
T T
T
Ui Uo K(M T T ) 4 Ui KM 4
方法二：
R1 M M
R2
R1 R2
M T M T
M
T
Ui U o K (1 2 ) 4 Ui K[( M T ) ( M T )] 4 Ui K 2 M 4
R 4Ui R4上的电压降为： U 4 R3 R4
输出电压为：
R R R R 1 3 2 4 U U U U 1 4 o i ( )( ) R R R R 1 2 3 4
若： 1 3
＝ R R R R Uo 0 ，电桥平衡 2 4，则：
当各桥臂电阻发生变化时，输出电压发生变化：
工作桥臂：接入的是应变片，有电阻变化。
根据电桥工作中桥臂电阻值变化情况可分为半桥 单臂、半桥双臂和全桥三种联接方式。
全等臂桥 各桥臂电阻相等：R R R R 1 2 3 4
R很小，远小于桥臂电阻值，故略去分母中的 R
U R R R R i 3 1 2 4 U ( ) O 4 R R R R U i (K K 2 K K 4) 1 1 2 3 3 4 4
6.4 提高应变测量精度的措施
提高供桥电压
增大输出电流
减小贴片误差
减小接触电阻 长导线电阻影响的修正 测量应变的定度 其他措施
五、应变片主要参数(P176-177)
• 几何尺寸
• 电阻值
• 绝缘电阻（一般大于２0兆欧，100兆欧） • 灵敏度系数 • 允许电流 • 其他
6.2 应变测量电路
应变电桥：电桥全部或部分由应变片构成。 直流电桥 电压输出
Ui I1 2＝ R1 R2
Ui I 34＝ R3 R4
U R 1 i R1上的电压降为：U 1I 12 1 R R R 1 2
若： R R R 1 1 1 则：
R R R 2 2 2
R R R 3 3 3
R R R 4 4 4
R )( R ) R )( R ) ( R ( R R R 3 4 1 3 2 4 1 2 U U o i ( R R )( R R ) R R R R 1 2 3 4 1 2 3 4
二、贴片及组桥
例1：求受拉试件应变。
P P
解：方法一：
P
T T
R1
R2
P
Ui Uo K P 4
方法二：
P R1
感受横向拉力
R2 P
R1 R2
P T P T
P
T
Ui Uo K (1 2 ) 4 Ui K[( P T ) ( P T )] 4 Ui K (1 ) P 4
例3：求试件由拉力和弯矩共同引起的应变。
P M M P
解： （1）测弯矩应变排除拉力应变。
R1 P P
T M P R M M P M T U i U K [( ( o P M T) P M T)]
2
P
M
T
R1 R2
4 U i K 2 M 4
一般组桥时，各桥臂的参数要求相同，可以认为
K K K K K 1 2 3 4 U i 所以： U K ( ) o 1 2 3 4 4
半桥
R R 0 3 4
U i U K ( 2) o 1 4
单臂桥
R R R 0 2 3 4
方法二：
R1 P M
A向
R2 P
R3
R4 M
A向
R1
R2
R1 R2 R3 R4
P M T P M T P M T P M T
P
M
U i U [( PMT)( T) o K P M 4 ( P MT)( T)] P M U i K 2 ( 1 ) P 4
Ui Uo K1 4
特性
应变电桥的和差特性：相邻相减，相对相加
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
U i U ( ) o K 1 2 3 4 4
和差特性的应用： 可实现温度补偿，输 出电压放大等作用。
温度效应及温度补偿
温度效应：由于温度变化引起的应变片敏感栅 电阻的变化。
R [ K ( )] T T T e g R
6.3 布片与组桥
一、电桥的特点 （ 1） R 是电桥的平衡条件，实际 R R R 4 2 1 3 测量时需先进行预调平衡。 （2）如相邻两臂有大小相等，符号一致的变 化，或是相对两臂有大小相等，符号相反的变化， 则不破坏电桥的平衡。 （2）若相邻两臂阻值有大小相等符号相反的 变化，则电桥的输出比其中单独一个臂所引起的电 桥输出大一倍。若相邻两臂阻值有大小相等符号相 同的变化也如此。