动态测试基本知识.ppt
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1、1,土木桥梁动态测试基础知识(第一版),2,主要内容,1 测试项目测试系统组成A.静应变测试系统B.动应变测试系统C.振动模态测试系统D.索力测试系统E.测试系统组成部分F.传感 器种类G.应变调理H.采集仪种类I.24位采集仪特点J.16位和24位采集对比现场试验测试A.传感器选型B.试验准备C.传感器常见安装 方式D.传感器保护 E.测试导线如何 处理F.检查信号是否正常G.应变测试常见问题数采相关知识A.主要技术指标 B.ADC.采样频率D.输入量程E.动态 范围F.输入 噪声G.信噪比H.信号失真I.通道 一致性J.抗混叠滤波K.信号输入 类型L.数据传输方式信号处理基本知识A.信号采
2、样B.泄漏C.窗函数D.滤波E.幅域分析F.时域分析G.频谱分析H.求取混叠后的频率I.阶与自由度,3,1 测试项目,荷载试验静态载荷力作用下的桥梁承载能力测试项目:静应变、静挠度动载试验动态载荷力作用下的桥梁特性试验项目:跑车、跳车、刹车试验测试项目:冲击系数、动应变、动挠度、阻尼比等脉动试验识别桥梁结构参数测试项目:固有频率、模态参数索力试验,4,2 测试系统组成,静应变测试系统,用于混凝土的应变片,INV2312N静态应变仪,DASP测量分析软件,5,2 测试系统组成,无线组网示意图,总线组网示意图,6,动应变测试系统,2 测试系统组成,用于混凝土的应变片,INV1861动态应变调理仪,
3、INV3060、3018、3020系列采集仪,DASP测量分析软件,7,振动、模态测试系统,2 测试系统组成,891、941型传感器,INV3062、3060、30183020系列采集仪,DASP测量分析软件,8,索力测试系统,2 测试系统组成,索力测量工装,INV3062、3018系列采集仪,DASP测量分析软件,INV9828加速度传感器,INV3080手持式索力分析仪,或者,9,2 测试系统组成,构成测试系统的四部分,传感器信号调理采集仪测量分析软件,10,加速度传感器(IEPE型)用于索力测试、要求高灵敏度、低频性能好,例如:INV9828.,传感器的种类,2 测试系统组成,11,速度
4、传感器(891、941系列)常用于低频、中频信号的测量。例如:桥梁、楼房的振动、模态测量领域。,传感器的种类,2 测试系统组成,12,应变信号调理器,应变信号需经过应变调理(INV1861动态应变仪),可接入INV3018、INV3060、INV3020系列24位采集仪中.,2 测试系统组成,13,AD:国内外主流均为24采集仪通道数:从4通道到几百通道,采集仪种类,2 测试系统组成,14,24位采集仪的特点,2 测试系统组成,以INV3018系列为例高精度:每通道独立24bit+方式AD技术 高性能:连续不间断海量全并行采集高速度:每通道采样频率 51.2K/102.4K/204.8KHz可
5、选高动态范围:120dB典型值,110dB保证值(单核)高抗混滤波性能:超过-300db/oct低噪声:0.03mV rms 10V量程多输入方式:AC、DC、ICP、外接电荷、应变,15,24位采集仪的特点,2 测试系统组成,最突出优点:1)测试仪器更轻巧、便携 对于测量加速度的ICP传感器和测量桥梁、楼房的电压输出型传感器,不在需要测试中的放大器、滤波器。2)让测试变得更简单 具有高动态范围,避免了放大器档位设置不合适引起信号太小、信号过载的情况。,16,16位采集系统与24位采集系统的配置区别 采用16位采集仪的测试系统采用24位采集仪的测试系统,多台,2 测试系统组成,17,3 现场试
6、验测试,传感器选型 1)传感器种类 2)频率范围 3)传感器量程 4)传感器尺寸、重量 5)环境要求(高温、防水等),18,3 现场试验测试,试验准备 1)选择合适的传感器 2)检查传感器、导线和采集仪 3)导线编码 4)技术方案 5)人员分工 6)其他辅助工具,19,3 现场试验测试,传感器常见安装方式 1)螺栓连接 2)磁座安装 3)胶粘 4)蜂腊 5)橡皮泥,20,安装后的传感器如何保护?1)合适的工作环境,并做出适当的保护。避免由于绝缘、潮湿等原因造成损坏或信号异常。,3 现场试验测试,21,3 现场试验测试,2)传感器需要在室外过夜、有雨等情况,传感器要做好防水、防潮等保护措施。3)
7、在高空操作时,为了避免传感器跌落造成人身、财产安全,传感器需要采用绳索固定等保护措施。,22,3 现场试验测试,传感器与导线的接头如何保护?1)接触良好。避免短路、断路和接触不良情况存在。2)将导线端固定。避免由于长导线作用而 使传感器受到拉力。,891-2型传感器接头防护,23,3 现场试验测试,3)对于加速度传感器,接头为M5或者M3,要保证拧紧,没有松动。振动剧烈的情况下 测试中出现问题人无法进行重新安装 对M5接头处弯成环形后用胶带固紧。,24,3 现场试验测试,测试导线如何处理?导线的固定:固定导线末端,防止导线晃动对信号的干扰,25,3 现场试验测试,系统连接后,检查信号是否正常?
8、1)连接后,测点振动量值微弱,但信号较大,有上百毫伏。同时有周期性,频谱峰值为50Hz,100Hz,150Hz,200Hz,250Hz等。解决:检查是否为接触不良引起的,可以检查导线接头。,26,3 现场试验测试,M5接头接触不良,导致的错误信号,27,3 现场试验测试,2)连接后,可以让工作人员在传感器周围轻轻敲击或者晃动传感器,看软件屏幕是否具有信号变化。如没有信号变化,则为连接导线不通或者仪器档位设置不合适。解决:检查接线接头、传感器安装及档位。,28,3 现场试验测试,信号正常时,随振动变化,信号幅值随之改变,29,3 现场试验测试,应变测量经常遇到的问题:1、动态应变仪无法平衡。常见
9、的有两种情况:1)应变片与导线的接线接触不良。接线头断开,无法构成四个桥臂,因此无法平衡。解决方法:检查桥盒接线接头。,30,3 现场试验测试,2)应变片连线后的输出电阻偏大。标准应该为120欧姆,如果超过太多,比如131欧姆,动态应变仪将无法平衡。解决方法:重新贴片或者更换测点或使用半桥接法接入另一个没有变形的应变片。,31,3 现场试验测试,2、工频50Hz信号干扰严重 工频干扰严重是由于接地不好造成的,解决的方法时良好接地。良好的接地点可以是:打入地下的长钢板、深入地下的金属框架结构、接线板地线等。通过导线将仪器外壳和良好接地点相连。,32,4 数采相关知识,数据采集仪功能:1)模拟信号
10、转换成数字信号 2)集成放大器的部分功能,如滤波,33,数采主要指标,4 数采相关知识,AD位数采样频率输入量程 增益 放大倍数输入噪声,等效输入噪声失真度 THD,THD+N动态范围,信噪比通道一致性,幅值,时间差和相位差抗混叠滤波,衰减率,阻带衰减其他 串扰,幅值线性度,直流偏置信号输入类型:电压DC,AC、ICP、应变、电荷等数据传输类型:USB、网口、WIFI、CPCI总线、PXI等,34,4 数采相关知识,数采AD芯片发展,早期 8位、12位、16位现在 24位 方式 高精度低噪声:0.03mV rms 10V量程高动态:110dB 120dB高抗混叠:超-300dB/oct(前置模
11、拟+数字)以上指标以INV3018、INV3020为例,35,4 数采相关知识,AD芯片的位数,A/D的精度(量化误差)对于满量程为 A(V)的n位AD转换,最小可分辨 2A/(2n)的电压变化例如10V(20Vp-p)量程8 位AD,精度约为 78 mV12位AD,精度约为 4.88 mV16位AD,精度约为 0.3 mV24位AD,精度约为 0.0012 mV=1.2uV,36,4 数采相关知识,采样频率 Hz,采样定理SF=2 AF 否则 混叠抗混叠滤波工程应用 SF=2.56 AF1000 还是 1024SF=1000,dt=1ms,df=0.9765625HzSF=1024,dt=0
12、.9765625ms,df=1Hz计算df时以1024点FFT为例,37,4 数采相关知识,输入量程,量程10V 1V 100mV 10mV 1mV增益,放大倍数1 10 100 1000 10000,38,4 数采相关知识,动态范围DR,指设备不受噪声影响能获得不失真输出 的测量上限值Ymax和下限值Ymin之比,以dB为单位,39,动态范围比较,24位双核采集仪:可达160dB24位单核采集仪:通常110120dB,理论144dB16位采集仪:通常6080dB,理论96dB12位采集仪通常5060dB,理论72dB,4 数采相关知识,40,4 数采相关知识,41,4 数采相关知识,输入噪声
13、,输入短路,电阻小于50欧姆增益1倍时,测量到的信号为输入噪声增益大于1时,则为等效输入噪声折合到输入端为实际硬件噪声 除以 增益倍数例如1 mV rms 增益1倍,10V量程100 uV rms 增益10倍,1V量程10 uV rms 增益100倍,100mV量程1 uV rms 增益1000倍,100mV量程,42,4 数采相关知识,输入噪声,INV系列24Bit采集仪30uV rms 10V量程增益后,折合到输入端0.3uV rms 增益100倍,100mV量程一般16bit采集仪200500 uV rms 10V量程增益后,折合到输入端2050 uV rms 增益10倍,1V量程0.2
14、0.5 uV rms 增益1000倍,10mV量程,43,4 数采相关知识,信噪比SNR,指信号功率Ns与干扰(噪声)功率Na之比,以dB为单位有时也用信号电压和噪声电压之比来表示,44,4 数采相关知识,信号失真,THD 总谐波失真例如 0.01%=0.0001=-80dB总失真 THD+N,45,4 数采相关知识,通道一致性,任意两通道,输入完全相同信号测量结果的幅值比和相位差幅值一致性 如0.1dB 为 1.0116,相差 1.16%相位一致性,46,4 数采相关知识,通道一致性,47,4 数采相关知识,抗混叠滤波,采样定理 SF=2AF采样前必须滤除 SF/2以上频率的信号注意:必须采
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