动态应变采集系统的设计及误差测试
DH5929动态应变测试分析系统
1 概述DH5929动态应变测试分析系统是以计算机为基础、智能化的动态应变测试分析系统。
每个机箱可内置32或64通道（可根据用户定制），适用于测量结构应力及其形成的各种物理量，如力、压力和扭矩等。
1.1 应用范围1.1.1 根据测量方案，可完成全桥、半桥、1／4桥（三线制自补偿）的应变应力多点高速并行采样；1.1.2 配接各种桥式传感器，实现各种物理量的测试和分析；1.1.3 可直接对输入的电压信号进行多点高速并行采样；1.1.4 配接各种热电阻（如铂电阻、铜电阻等）温度传感器，对温度进行测试和分析。
1.2 特点1.2.1 外观设计为标准3U/19英寸机箱，可直接安装于标准机柜内组成无限测点的动态应变测试系统；1.2.2 采用模块化设计，每个应变模块有4个采集通道；1.2.3 高度集成，单台整机完整配置共有64通道，可通过以太网进行多机箱级联；1.2.4 支持多台采集仪联网进行同步测试，采集过程中图形实时显示被测物理量变化；1.2.5 通用、可靠的以太网通讯，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；1.2.6 利用嵌入式系统中的硬盘，可长时间实时、无间断记录多通道信号，所有通道并行同步工作，每通道采样速率可达20kHz；1.2.7 内置工业级计算机和大容量硬盘可不间断存储数据，最大限度保障了数据存储可靠性；1.2.8 能够进行通道自检，快速获知仪器通道状态，1.2.9具有导线电阻自动测量及修正功能。
1.3 硬件功能1.3.1 内置标准电阻，用户可通过软件程控设置每个通道的桥路方式（全桥、半桥、三线制1/4桥）；1.3.2 可设置任意一个测点作为公用补偿测点；1.3.3 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；1.3.4进口雷莫接插件：输入接插件采用了进口高性能雷莫头，大大提高了小信号输入的可靠性，操作也十分方便；1.3.5 模块与计算机通过以太网相连，既可单独工作也可通过以太网控制多台并行工作，利用以太网扩展简单方便，传输数据更为稳定；1.3.6 自动导线电阻测量及修正：系统硬件自带导线电阻测量功能，结合控制软件可一键完成桥路导线电阻测量并进行自动修正，避免了试验过程中人工检查操作繁琐、主观读数误差大等情况对测量结果造成的影响，提高测试精度；1.3.7 每通道独立的放大器及24bit A／D转换器：实现了多通道并行同步采样，通道间无串扰影响及采样速率不受通道数的限制，并且大大提高了系统的抗干扰能力；1.3.8 准确的采样速率：先进的DDS数字频率合成技术产生高精度、高稳定度的采样脉冲，保证了多通道采样速率的同步性、准确性和稳定性。
应变测试方法
应变测试方法电阻应变测试1.电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应力—应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。
用电阻应变片测量应变的过程：2.分类：（1）静态测量：对永远恒定的载荷或短时间稳定的载荷的测量。
（2）动态测量：对载荷在2～1200HZ范围内变化的测量。
3.电阻应变测量方法的优点（1）测量灵敏度和精度高。
其最小应变读数为1με（微应变，1με=10-6 ε）在常温测量时精度可达1~2%。
（2）测量范围广。
可测1με~20000με。
（3）频率响应好。
可以测量从静态到数十万赫的动态应变。
（4）应变片尺寸小，重量轻。
最小的应变片栅长可短到0.178毫米，安装方便，不会影响构件的应力状态。
（5）测量过程中输出电信号，可制成各种传感器。
（6）可在各种复杂环境下测量。
如高、低温、高速旋转、强磁场等环境测量。
4.电阻应变测量方法的缺点（1）只能测量构件的表面应变，而不能测构件的内部应变。
（2）一个应变片只能测构件表面一个点沿某个方向的应变，而不能进行全域性测量。
电阻应变片1.电阻应变片的工作原理由物理学可知：金属导线的电阻率为当金属导线沿其轴线方向受力变形时（伸长或缩短），电阻值会随之发生变化（增大或减小），这种现象就称为电阻应变效应。
将上式取对数并微分，得：2.电阻应变片的构造电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组成。
其构造如图所示L R=A ρdR d dL dA R L A ρρ=+-dR d (12)R ρμερ=++3.电阻应变片的分类电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片和半导体应变片。
其中金属电阻应变片分为：(1)丝绕式应变片:敏感栅是用直径为0.01~0.05毫米的铜镍合金或镍铬绕制而成。
优点：基底、盖层均为纸做成，价格便宜，易安装。
缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分散。
(2)短接式应变片:将金属丝平行排成栅状，端部用粗丝焊接而成。
机械工程测试技术思考题(含答案)
思考题0. 测试的概念与测试的目的。
概念：测试包括测量和试验两反面的含义，是指具有试验性质的测验或测量与试验的综合目的：提供被测对象的质量依据；提供机械工程设计、制造、研究所需要的信息1．动态测试系统一般有哪几部分组成（画出框图）？各部分的作用？试验装置：是被测对象处于预定状态下，并将其有关方面的内在联系充分显露出来，以便进行有效测量的一种专门装置。
测量装置：把被测量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的装置。
数据处理装置：将被测装置输出的信号进一步处理，以排除干扰和噪声污染，并清楚的估计测量数据的可靠程度。
显示记录装置：将被测对象所测得的有用信号及其变化过程显示或者记录下来的装置。
2．动态测试主要应用在机械工程的哪些领域，简单说明其原理。
产品质量检测，性能评价；生产过程监控；设备状态监控与故障诊断；科学研究，探索未知世界。
3．信号分为那几类？各类信号有何特点？按实际用途分：广播信号，电视信号，雷达信号，控制信号，通信信号，遥感信号按信号所具有的时间函数特性分：确定性信号与非确定性信号、能量信号与功率信号、时限信号与频限信号、连续时间信号与离散时间信号等4．本课程学习的主要的信号分析的方法有那些？函数分析，时域统计分析，幅值域分析5．信号的时域描述、频域描述有何意义？说明频谱分析的物理意义。
6．周期信号、非周期信号的频谱以及离散信号的频谱有何特点？周期信号的频谱：离散的；每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是各高次谐波分量频率的公约数；各频率分量的谱线高度表示该次谐波的的幅值和相位角。
非周期信号用幅值谱密度、相位/能量谱密度描述是连续的。
7．用图形表达FT中时间比例性、时移特性、频移特性。
8．几种典型信号的频谱及数学表达式，用图形及公式表达δ（t）与其他函数的卷积。
P77，图2.3.49．互相关函数的物理意义。
自相关函数互相关函数有何特点？信号分析中，相关表述两个信号（或一个信号的不同时刻）之间的线性关系或相似程度。
土木工程应力应变量测技术
土木工程应力应变量测技术一般是指在建构筑物施工过程中，如钢结构安装、卸载、改造、加固，混凝土浇筑等过程，采用监测仪器对受力结构的应力变化进行监测的技术手段，在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，也可用于检查施工过程是否合理。
常见的应力测试方法应力仪或者应变仪是来测定物体由于内应力的仪器。
一般通过采集应变片的信号，而转化为电信号进行分析和测量。
应力测试一般的方法是将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。
很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。
应变片其实就是应用了这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。
一般应变片的敏感栅所使用的是铜铬合金材料，这种材料其电阻变化率为常数，它与应变成正比例关系。
我们通过惠斯通电桥，便可以将这种电阻的比例关系转化为电压。
然后不同的仪器，可以将这种电压的变化转化成可以测量的数据。
对于应力仪或者应变仪，关键的指标有：测试精度，采样速度，测试可以支持的通道数，动态范围，支持的应变片型号等。
并且，应力仪所配套的软件也至关重要，需要能够实时显示，实时分析，实时记录等各种功能，高端的软件还具有各种信号处理能力。
应力应变测试目前常用的仪器就是盲孔法、磁测法，一个有损，一个无损。
盲孔法是目前应用较为广范的一种高精度的应力检测方法如华云HK21A或HK21B,无论是实验室中使用，还是现场施工，盲孔法都能准确测量应力的大小，从而推进实验进程或者进行工艺改进。
磁测法适用于对应力值检测比较严苛，精密工件或高价值工件不允许做破坏性检测的情况。
比如科研、军工航天等行业。
目前还有更先进的动态应力应变检测仪，全自动梯度应力检测仪等。
目前应力测量水平多半受限于表层测量，SCGS20这样的仪器可以实现材料深度方向的梯度应力精准测量及工件整体的应力分析，全自动编程控制钻孔装置，梯度方向自动进给，高精显微定位，更加精准。
在当今土木工程行业中,应力应变测量广泛地应用于建筑、铁路、桥梁、交通、大坝等结构上。
测量中应变片的误差分析
温度系数不同， 一个为正， 一个为负的特
性， 将两者串联绕制成敏感栅 。
若 两 段 敏 感 栅 Ｒ１ 和 Ｒ２ 由 于 温 度 变
化而产生的电阻变化为大小相等而符号相
反， 就可以实现温度补偿。电阻 Ｒ１ 和 Ｒ２ 的
比值关系由下式决定：
Ｒ１ Ｒ２
＝
△Ｒ２ｔ／Ｒ２ △Ｒ１ｔ／Ｒ１
（１５）
其中（ Ｒ１ｔ） ＝－（ Ｒ２ｔ）
作者单位： 中南大学土木建筑学院
参考文献 ［１］王 化 祥 ， 传 感 器 原 理 及 应 用［Ｍ］， 天 津 ：天
津大学出版社， １９８８．９．３０－ ３１。 ［２］栾 桂 冬 ， 传 感 器 及 其 应 用［Ｍ］， 西 安 ：西 安
电子科技大学出版社， ２００２．１．２６－ ２７。 ［３］张 建 民 ， 传 感 器 与 检 测 技 术［Ｍ］， 北 京 ：机
引起的电阻变化为
△Ｒｔ!＝Ｒ０Ｓ!ｔ!＝Ｒ０Ｓ（ !２－ !１） △ｔ
（ １１）
３、由于温度变化△ｔ 而 引 起 的 总 电 阻
变化为：
△Ｒｔ＝ △Ｒｔ"＋ △ Ｒｔ!＝ Ｒ０ " △ｔ＋Ｒ０Ｓ（ !２－ !１）
△ｔ
（ １２）
这样， 由于温度变化产生的总的虚假
应变量为：
"ｔ＝（ △Ｒｔ／Ｒ０） ／Ｓ＝α△ｔ／Ｓ＋（ !２－ !１） △ｔ （ １３）
化于人以外的各种设备中， 并由这些设备 与办公人员构成服务于某种目标的人机信 息处理系统。其目的是尽可能充分的利用 信 息 资 源 ， 提 高 生 产 率 、工 作 效 率 和 质 量 ， 节省时间， 辅助决策、求取更好的经济效 果， 以达到既定的目标。目前的办公自动化 系统是以知识管理为核心， 建立在企业 Ｉｎｔｒａｎｅｔ 平台上， 旨在帮助企业实现动态的 内容和知识管理。办公自动化表现出以下 特点： 第一， 其应用背景由单纯的模拟手工 办公环境的运用， 向一个要求更高的电子 化协同工作环境转化， 其环境必须为用户 提供一个打破部门界限的网络互动式办公 作业环境； 第二， 对于办公自动化的理念有 了新的定义， 由原先作为企业行政办公信 息化服务的概念， 逐步扩大延伸到企业的 各项业务管理环节， 成为企业运营信息化 和数字化的一个重要组成环节； 第三， 其外 延部分得到了迅速的扩展， 其中知识管理 理念的渗透表现尤为突出。
动态应变仪使用说明书.
动态应变测试仪使用说明书目录一、概述二、使用说明三、技术指标四、注意事项五、故障及解决方案六、仪器附件一、概述动态应变仪是一种具有自动平衡功能的动态电阻应变仪，主要用于实验应力分析及动力强度研究中，对结构及材料的任意变形进行动态应变测量。
通道数量可以2、4、6、8自由组合。
体积小重量轻，便于携带和搬运。
采用直流供桥，电桥采用六线制，有长导线补偿功能。
仪器频带宽、校准方便，配接不同类型的应变片及应变式传感器，可以实现应力、拉压力、速度、加速度、位移、扭矩等多种物理量的测量。
动态应变仪具有如下特点：1、可以2、4、6、8通道组合，体积小。
2、桥路自动平衡，平衡时间约2秒，平衡范围大于±5000με3、采用拨盘开关校准，准确方便。
4、供桥电压采用六线制，自动修正长导线测量时引入的误差。
5、频带宽：频响范围DC-300kHz（+0.5dB，－3dB）。
6、测量精度高，噪声低，稳定性好，抗干扰能力强。
7、器件集成度高，性能稳定可靠。
二、使用说明1、测试方框图动态应变放大器可以配接各种类型的应变片及应变式传感器。
其典型测试方框图如图1所示：232、 面板说明通道前面板 通道后面板3、 操作前准备① 仪器通电之前，先将桥盒接成全桥，把桥盒的航空插头插入通道的航空插座内，旋紧。
② 使用220V 50Hz 市电供电，电源线一端插入仪器电源插座，另一端接入市电，然后将电源后面板的电源开关置“开”位4 反馈+2 激励-3 信号+5 反馈-6 信号-7 屏蔽线1 激励+置，电源即接通。
这时将要使用的通道电源置于“开”（向上扳），随即该通道的前面板的工作指示灯亮了，进入工作状态。
③各通道的电源开关为省电而设置，把不使用的通道的电源开关置于“关”的位置，再把桥盒的输入插头拔掉，这样该通道的±12V电源和桥压都被关掉了。
4、操作说明（1）电源部分①电源前面板设有3½位液晶显示数字面板表，供仪器各通道调零指示和校准值指示之用，下设两个开关，左边为通道选择开关，可选择测量1—10个通道中任一通道的零点或校准应变值。
动态应变测量实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除动态应变测量实验报告篇一：应变测量实验报告一、实验目的1、学习应变片粘贴、使用的基本方法2、学习电桥的联线方法及电桥的测量原理和特点3、学习使用ws-3811应变仪测量应变的基本方法二、实验原理利用惠斯登电桥原理进行测量三、实验仪器微型计算机、ws-3811数字式应变仪、桥盒、应变片及其附件四、实验内容1.选择与桥盒内置电阻相匹配的应变片；2.用砂纸打磨钢片表面测点，使测点表面平整、光洁，并做清洁处理；3.用胶水把应变片和转接片贴到测点上，尽量使应变片与被测物紧密贴合，如图1所示；4.放置几分钟，使它自然干燥；5.如图2把导线接到桥盒插头上；6.打开应变数据采集程序，进行测试和设置：应变量程设置为±40000με，滤波频率设置为20hz，界面如图3；7.校准仪器，选择“自动校准”，设置界面如图4所示；8.动态应变数据采集。
把桥盒连接到试验仪上，试验仪已与电脑连接。
把被测金属长片的一端用手按在桌沿，使它伸出桌面。
设置好参数，点击“开始示波”，此时波形为一条直线，说明连接正常，再用手拨动金属长片伸出桌面的那一端使它振动，这时波形如图5，操作界面如图5所示；9.截图，保存数据。
实验完成。
五、实验结果实验结果如图5所示六、思考题1.半桥接法应用于两个应变片，1/4桥接法应用于一个应变片，前者的桥盒上多接了一根两个应变片的共用线，少了一个短接插片。
2.清零操作是为了使开始的电压偏移量变为零，而校准的目的是使测试值更加精确，减少仪器的误差。
篇二：测试技术实验报告(含实验数据)机械工程测试技术基础实验报告1实验一电阻应变片的粘贴及工艺一、实验目的通过电阻应变片的粘贴实验，了解电阻应变片的粘贴工艺和检查方法及应变片在测试中的作用，培养学生的动手能力。
二、实验原理电阻应变片实质是一种传感器，它是被测试件粘贴应变片后在外载的作用下，其电阻丝栅发生变形阻值发生变化，通过阻桥与静动态应变仪相连接可测出应变大小，从而可计算出应力大小和变化的趋势，为分析受力试件提供科学的理论依据。
动态应变测量
动态应变测量第6章动态应变测量6.1 动态应变的类型⼯程结构上的动态应变产⽣的原因是：（1）处在⼀定的运动状态；（2）承受的载荷按⼀定的规律变化。
只有对于运动及载荷变化较为缓慢的情况，在⼀定的时间范围内，才可以作为静态问题。
运动是绝对的，静⽌是相对的。
因此，研究结构的动态应变问题具有⼗分重要的实际意义。
根据随时间变化的规律，动态应变可以分为不同的类型。
应变随时间变化的规律可以⽤明确的数学关系式描述的，称为确定性动态应变，否则属于⾮确定性。
如图6-1所⽰。
图6-1 动态应变的分类6.1.1 周期性动应变应变随时间变化的规律可以⽤周期函数来描述，则这种动态应变称为周期性动应变。
其变化规律的数学表达式为()(t nT t )εε=+ (6-1) 式中：T 为变化的周期；为任意整数。
n 不平衡的转动部件和交流磁场都是周期激振源。
例如，由于机器中旋转构件的质量偏⼼⽽在⽀架上产⽣的动应变，曲柄连杆机构中的连杆在⼯作时产⽣的动应变等，均属于周期性动应变。
周期性动应变⼜包括简谐周期性动应变与复杂周期性动应变。
1）简谐周期性动应变的波形为正弦波，如图6-2a 所⽰，其数学表达式为()()?ωεε+=t t m sin()?πε+=ft m 2sin (6-2) 式中： m ε为最⼤应⼒幅值，即振幅；ω为圆频率；?为初始相位；f 为频率。
2）复杂周期性动应变的波形如图6-2b 所⽰，它可以分解为两个或两个以上振幅不同、频率为某⼀基波频率整数倍的简谐波，其任意两个谐波频率之⽐都是有理数。
其数学表达式为⼀傅⾥叶级数，即()()∑∞=++=10sin n n n n t t ?ωεεε (6-3) (∑∞=++=102sin n n n nt f ?πεε)式中：0ε为静态应变分量；n ε为第次谐波的振幅；n n ?为第次谐波的初始相位；n n ω为第次谐波的圆频率，为第次谐波的频率。
n n f n 复杂周期信号的频率包括基波频率与各⾼次谐波的频率，即nf n f n n =?==πωπω22 ()∞=,,2,1n 式中： f 为基波频率。
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CHEN Cheng1，LI Jian-qing1，MA Zheng-zheng1，DAI Ya-wen1，CHEN Zi-peng2
（1.School of Science，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2.School of Information Engineering， Zhongnan University of Economics and Law，Wuhan 430073，China） Abstract：Strain measurement technology plays an irreplaceable role in measuring the variation characteristics of mechanical components and the monitoring of important engineering structures. However in the external gain resistance and high order filter circuits of traditional strain measurement circuits，the measurement error caused by the resistance temperature drift is always an urgent problem to be solved. A high precision strain measurement system based on the programmable amplifier AD8231，24 digital/analog converter AD1256，RAM processor is designed. Through circuit optimization，the temperature drift problem is well compensated. As a result the measurement accuracy gets great improvement. The experimental results show that the precision of the strain measurement system is up to 0.1 με. Key words：measurement system；dynamic strain；temperature drift；AD8231；AD1256
代的作用。 在传统应变测量电路的外接增益电阻和高阶滤波电路中，电阻温漂特性程控式放大器AD8231，24位数模转换器
AD1256，RAM处 理 器 的 高 精 度 应 变 测 量 系 统 方 案 ；通 过 电 路 优 化 ，实 现 了 电 阻 温 漂 补 偿 从
应变采 集、转换
放大处理 硬件滤波
A/D转换
数字滤波 上位机
图 1 应变测量系统设计框图 Fig.1 Strain measurement system design block diagram
应变测量技术是现代工程项目研究和实施过 程中一项必不可少的重要技术，具有很高的应用价 值和研究意义[1]。 传统的应变测量系统设计主 要包 含应变信号 采集与转换 、信 号 放 大 、硬 件 滤 波 、A/D 转换、数字滤波等 5 大模块[2]。 此类传统的应变测量 系统，通常在室温条件下该应变测量系统的系统测 量性能稳定且误差较低[3]。 在实际工程应用中时，由 于温度场变化复杂，系统电路中电阻的温漂特性就 会对应变测量系统的精确度产生较大的影 响[4]。 在
整个应变测量系统的设计如图 1 所示。 当机
收 稿 日 期 ：2018-12-20 ；修 订 日 期 ：2019-01-16 基 金 项 目 ：湖 北 省 高 新 技 术 专 项 项 目 （2016lg0097） 作 者 简 介 ：陈 诚 （1993— ），男 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 应 变 测 量 。
DOI：10.19557/ki.1001-9944.2019.02.011
检测技术与数据处理
动态应变采集系统的设计及误差测试
陈 诚 1，李建青 1，马争争 1，戴亚文 1，陈子鹏 2
（1.武汉理工大学 理学院，武汉 430070；2.中南财经政法大学 信息工程学院，武汉 430073）
摘要： 应变测量技术在测量机械构件受力变化特征和重要工程结构监测中发挥着不可替
而提高测量精度的目的。 试验结果表明该应变测量系统方案的测量精度高达0.1 με。
关 键 词 ：测 量 系 统 ；动 态 应 变 ；温 漂 ；AD8231；AD1256
中图分类号：TP274 文献标志码：A
文 章 编 号 ：1001-9944（2019）02-0043-04
Design and Error Test of Dynamic Strain Acquisition System
自动化与仪表 2019,34(2)
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检测技术与数据处理
械 构 件 受 力 产 生 形 变 时 [5]， 应 变 片 会 产 生 阻 值 变 化由应变采集转换模块完成应变信号到电信号的 转换，然后经过放大电路进行放大处理，再由硬件 滤波电路对放大输出信号进行硬件滤波处理，通过 A/D 转 换 模 块 将 模 拟 信 号 转 换 为 数 字 量[6]，最 终 由 STM32F103VCT6 控制器对 采集数据进 行数字滤波 处 理 ，并 反 馈 给 上 位 机 完 成 信 息 交 互 [7]。
应变测量电路设计中，电路中电阻温漂问题一直未 能得到很好的解决。 对此，针对应变测量电路中的温 漂问题，设计了一款基于程控式放大器 AD8231，24 位数模转换器 AD1256，RAM 处理器 的高精度 应变 测量系统方案， 通过电路优化实现了温漂补偿，从 而提高测量精度的目的。
1 应变测量系统的信号输出及激励源设计