采08测试技术复习题.docx

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采08测试技术复习题

采矿测试技术总复习题

一、问答题

0、什么叫测试技术？

什么叫岩土工程测试技术？

答：

测试技术是一门利用仪器、设备对任何量进行某种意义测量的系统的技术科学；岩土工程测试技术是借助专用的仪器设备，获得岩土工程中客观存在的、与安全生产有关的各种物理量和何种因素，为岩土工程的施工提供可靠的数据。

1、测试技术的主要任务是什么？

（第2页）

2、电测系统由哪几部分组成？

各部分的作用是什么？

答：

电测系统由信息的输入及转换（传感器）、信息的调节（放大或衰减器）和输出装置（显示或记录装置）三部分组成。

信息的输入及转换部分的作用是将非电量转换成电量；信息的调节部分的作用是将传感器输出的电量进行放大或衰减、调制、解调、检波、A/D转换等；输出装置的作用是将测量的信息进行显示、记录或进行计算机分析处理。

3、测试技术常用的方法有哪几种？

各自的特点是什么？

答：

有机械法、声测法、光测法和非电量的电测法。

机械法的特点是结构简单，工作稳定，价格便宜，方法容易掌握，但精度低，不能远距离操作；声测法的特点是无损检测，试样可重复使用，对测量范围的岩石进行定性分析，结构判断，缺点是设备较复杂，对物理力学性质等难以定量分析；光测法的特点是结果直观，工作稳定，抗干扰能力强，价格便宜，但精度低，遥测困难；电测法的特点是精度高，速度快，劳动强度低，可实现遥测和自动化，缺点是设备复杂，维修成本高，易受干扰等。

4、什么叫传感器？

其作用是什么？

答：

是传递和感受信息的器件，是一种能将被测信息转换为便于传递、变换、处理和保存的信号，且不受观察者影响的测量装置；传感器的作用是将非电量转换成电量。

5、传感器标定的意义是什么？

答：

①是取得准确测量数据和减少误差的依据。

②刚制成的传感器由于材料的性能和几何尺寸的差异，不可能与设计指标完全相同。

要知道其真实指标必须进行标定。

③传感器在使用过程中，由于环境的变化，老化，无意损失等因素，使传感器原来的性能发生变化，要想知道传感器在测量时的实际性能，必须进行标定。

6、岩土工程测试技术中常用的传感器有哪些？

各自的转换元件和输出量是什么？

答：

电阻应变式传感器；电感式传感器；电容式传感器；压电式传感器；磁电式传感器；钢弦式传感器。

各自的转换元件和输出量是：

电阻应变式传感器的转换元件是应变片，输出量是电压或电流的变化；电感式传感器的转换元件是电感线圈和铁心，输出量是电感的变化量；电容式传感器的转换元件是电容器，输出量是电容的变化；压电式传感器的转换元件是压电晶体，输出量是电荷的变化；磁电式传感器的转换元件是线圈、永久磁铁和铁心；输出量是电动势的变化；钢弦式传感器的转换元件是钢弦、线圈和铁心，输出量是频率的变化的电信号。

7、记录装置的作用是什么？

指出静态和动态的记录装置各三种。

答：

是将被测信息以人们便于观察的形式显示、保存或记录；静态记录装置有：

各种指针式显示器、数字表、函数记录仪等，动态记录仪有：

光线示波器、磁带机和瞬态记录仪等。

8、振子分哪几类？

各自的特点是什么？

答：

分动圈式振子、动磁式振子和回线式振子三类。

动圈式振子的特点是体积小、本身不带磁铁，可将数十个振子公用磁极、工作频率较高；动磁式振子的特点是抗震性能好、无需外加磁极，总体积较小、灵敏度高、但工作频率较低；回线式振子的特点是工作频率较高，但灵敏度低，体积较大，现已淘汰。

9、光线示波器由哪几部分组成？

各部分的作用是什么？

答：

光线示波器由振子系统，光学系统，机械系统，时标系统，电源和辅助装置组成。

振子系统的作用是将电信号转换为机械摆动，光学系统的作用是将光源信号转换为记录光点、时标线和分格线；机械系统的作用是驱动记录纸的移动、定长和曲线分辨；时标系统的作用是产生频闪时标信号；电源和辅助装置的作用是给光线示波器供电通风防震等。

10、光线示波器为什么要有恒温装置？

定长机构的作用是什么？

答：

恒温装置的作用一方面是，使阻尼油温度恒定使其有恒定的粘度，进而有恒定的阻尼系数，另一方，磁系统温度的恒定对稳定磁场强度是有力的。

定长机构的作用是控制记录纸的长度。

11、简述应变测试技术的基本原理。

答：

应变测试技术的基本原理是，用电阻应变片贴在被测体表面作为传感元件，将测点的应变转换成电阻的变化，再通过电桥电路，将电阻的变化转换成电压或电流的变化，最后将变化的电信号放大，以应变的标度显示出来。

12、电阻应变片有哪几类？

其特点是什么？

请指出各自的用途。

答：

有金属丝栅式、金属箔式和半导体应变片三种。

金属丝栅式价廉，精度低，横向效应大；金属箔式精度高，横向效应小，承受电流大，但价格较贵；半导体应变片灵敏系数高，温度效应大，价格也较贵。

丝栅式应变片的精度低一般用于演示实验和不太重要的测量，金属箔式应变片精度高一般用于制造传感器或重要测量用；半导体应变片灵敏系数特别大，一般用于简化仪器的测量或冲击应变测量。

13、静态电阻应变仪有哪几部分组成？

电阻平衡箱的作用是什么？

答：

静态电阻应变仪由测量电桥、读数电桥、震荡器、交流放大器、相敏检波器、滤波器、指示电表、稳压电源等部分组成。

电阻平衡箱的作用是扩展成多路应变测量，并具备每路初始应变调零功能。

14、电阻应变仪有哪几类？

静态电阻应变仪有哪几部分组成？

答：

电阻应变仪有静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻应变仪和超动态电阻应变仪。

静态电阻应变仪由测量电桥、读数电桥、震荡器、交流放大器、相敏检波器、滤波器、指示电表、稳压电源等部分组成。

15、动态应变测试系统有哪几部分组成？

其二次仪表由哪几部分组成？

答：

动应变测试系统由应变片、动态电阻应变仪和记录装置组成；二次仪表由动应变仪和记录装置组成。

16、爆破测震技术的主要任务是什么？

测量目的是怎样的？

答：

爆破测震技术的主要任务是：

测量岩土体在爆破作用下，各种动力学和运动学参数；测量目的是：

研究爆破引起的地面运动规律和震动对建筑物、工程设施的影响，从而采取一定的降震措施，控制它的危害，同时获得最佳的爆破效果，充分发挥它的有益作用。

17、拾震器按其转换特性可分为哪几类？

直接用来测量速度的是哪一种？

答：

拾震器按其转换特性可分为磁电式、压电式、应变式、电感式和电容式拾震器；可用来直接测速度的拾震器是磁电式拾震器。

18、拾振器有哪几种？

测震放大器有哪几类？

各类放大器的使用条件是什么？

答：

拾振器按结构有质量弹簧型拾振器、位移摆型拾振器和力平衡型拾振器三种；按测量内容有位移拾振器、速度拾振器和加速度拾振器；按转换特性有磁电式拾振器、压电式拾振器、应变式拾振器、电容式拾振器、电感式拾振器和光电式拾振器。

测震放大器有微积分放大器、电压放大器、电荷放大器和动态电阻应变仪组成的测震系统等。

微积分放大器的使用条件是用一种拾震器测不同质点震动参数时使用，可与位移计，速度计及加速度计配接；电压放大器的使用条件是与压电式或磁电式拾震器配合，进行相应参数的测量，输入电缆不能太长；电荷放大器的使用条件是与压电式加速度计配合对加速度进行测量，输入电缆可以很长；电阻应变仪的使用条件是只能与电阻应变式拾振器配合，进行相应参数的测量，输入电缆不能太长。

19、钢弦频率测定仪有哪几种？

钢弦压力盒有哪几类？

答：

有示波式钢弦频率仪，数字周期式钢弦频率仪，数字频率式钢弦频率仪和数字频率示波混合式钢弦频率仪。

钢线压力盒按原理有单线圈、双线圈和钨弦压力盒；按结构有立式和卧式压力盒；按用途有测应力（压力），重量，阻力和测扭矩的压力盒。

20、什么是横波？

什么是纵波？

各自的特征是什么？

答：

横波是剪切变性引起的质点振动所形成的波，其特征是质点振动的方向与传播方向垂直且只能在固体中传播；纵波是声波在介质中传播，表现为压缩和膨胀的交替出现，所以又叫压缩波、膨胀波和疏密波，其特点是质点振动的方向与传播方向一致，且可以在任何介质中传播。

21、岩石声波测试有哪几种方法？

各自的测量条件是什么？

答：

有透射波法、反射波法、折射波法。

（1分）透射波法的测量条件是被测岩石能使收发探头在同一直线上，且距离已知；反射波法的测量条件是必须遇到结构面、层面等不同声阻抗的介质；折射波法的测量条件是第二种介质的声速大于第一种介质的声速，且折射角等于90度。

二、判断题（共10题，每题2分，共20分）

1.记录装置本身可测量非电量。

（×）

2.在特殊情况下，测试系统可由两部分组成。

（∨）

3.非电量电测系统中的传感器可测电量。

（×）

4.应变片可称作传感器，应变仪可称作放大器。

（×）

5.应变片称为传感元件，应变仪可称为二次仪表。

（×）

6.在一般情况下，应变测试系统可由三部分组成。

（∨）

7.应变片不能测量动态信号，光线示波器不能测量直流信号。

（×）

8.振子通电后会产生振动，所以叫振动子。

（×）

9.光线示波器的工作原理与电子示波器类似（×）

10.测试系统总灵敏度等于各环节灵敏度之积。

（∨）

11.二次仪表的灵敏度等于一次仪表灵敏度和记录装置灵敏度之积。

（×）

12.在动态测量中，人工记录可代替记录仪记录。

（×）

13.在静态测量中，人工记录可代替记录仪记录。

（∨）

14.在动应变测量中，输出电流较大的原因可能是由于应变片的灵敏系数较大或衰减倍数较小。

（∨）

15.在静应变测量中，普通电阻应变片的灵敏系数必须为2。

（×）

16.在测震系统中，可用电荷放大器配磁电式速度计测量质点的振速。

（×）

17.在测震系统中，电压放大器是为了测量拾震器的输出电压，因此可以用电压表来代替电压放大器。

（×）

18.拾震器不能测量静态信号，光线示波器不能测量直流信号。

（×）

19．横波的传播方向和纵波的传播方向垂直。

（×）

20.超声波探头有横波（剪切波）和纵波（压缩波）之分，因此可用横波探头测量水中的横波。

（×）

三、填空题（每空0.5共20分）

1、岩土工程测试技术可以有效地维护（安全生产）；可以大大提高（生产效益），减少（材料消耗）。

2、电测系统一般由（传感器）、（放大或衰减器）、（显示器或记录仪）三部分组成。

特殊情况下也可由（传感器）和（显示器或记录仪）两部分组成。

3、测试技术的发展方向是（快速多点测量），（计算机分析处理数据）；

（仪器设备的小型化）、（多功能）、（高性能）、（微功耗）；注意发展（敏感元件）使传感器的（性能）不断提高。

4、参数式传感器是指（电阻）式、（电容）式、（电感）式，电能式传感器是指（磁电）式、（压电）式、（光电）式、（热电）式。

5、测力传感器的标定内容包括：

（静态标定）和（动态标定）；测震传感器的标定内容包括（灵敏度）、（幅频特性）、（相频特性）、（谐振频率）、（阻尼系数）和（电阻抗）。

6、模拟记录仪包括（光线示波器）、（函数记录仪）、（模拟磁带机）和（记忆示波器）。

7、数字记录仪包括（数字打印机）、（数字磁带机）、（穿孔机）和（瞬态记录仪）等四类。

8、显示器包括（指针式仪表）、（数字表）、（屏幕显示器）和（电子示波器）。

9、单线圈钢弦压力盒一般由（承压膜）、（钢弦）、（钢弦支柱）、（电磁铁）等四部分组成。

10、动圈式振子由（线圈）、（张丝）、（镜片）、（阻尼油）、（附件组成）组成。

11、动磁式振子由线圈、张丝、镜片和阻尼油（或附件）四部分组成。

12、光线示波的操作方法是：

接通电源后按起动按钮，待10分钟左右，超高压水银灯亮度稳定，方可开始记录；如果在使用过程中突然断电，或短时停电，要经过15分钟左右的冷却，才能再开机，否则，内部的高压汞灯会引起爆炸或损坏。

13、光线示波器振子阻抗匹配方法是：

当振子阻抗小于（上一级）设备输出阻抗时，应在（振子）上（串联）一电阻，当振子阻抗大于（上一级）设备输出阻抗时，应在振子上（并联）一电阻，这时振子上的实际电流（小于）上一级设备的输出电流。

14、拾振器按结构可分为（质量弹簧型）、（位移摆型）、（力平衡型），按转换特性可分为（磁电式）、（压电式）、（电感式）、（应变式）和（电容式）五类，按测量内容分为（位移计）、（速度计）和（加速度计）三类。

15、电桥可按（供桥电源）、电桥（工作方式）、（输出信号）、（桥臂电阻）和（桥臂工作方式）等五种情况分类。

16、电桥按其供电电源，可分为（交流电桥）和（直流电桥）；按桥臂工作情况，可分为（单臂桥）、（双臂桥）和（四臂桥）。

17、电阻应变仪分为（静态电阻应变仪）、（静动态电阻应变仪）、（动态电阻应变仪）和（超动态电阻应变仪）四类，有输出接口的是（动态电阻应变仪），测量频率最高的是（超动态应变仪），测量频率最低的是（静态电阻应变仪）。

18、电阻应变片可分为（丝栅式应变片）、（箔式应变片）和（半导体应变片）三类，精度高的是（箔式应变片），价廉的是（丝栅式应变片），由（基底材料）、（电阻丝）、（覆盖层）和（引线）四部分组成。

19、若拾震器的的自振频率为f0,则速度计的频率范围在（f0的两侧），阻尼系数为（5-10）；加速度计的频率范围在（0

20、测振放大器可由（电压放大器）、（电荷放大器）、（微积分放大器）和（电阻应变仪）等四类组成测试系统。

21、钢弦压力盒由（承压膜）、（钢弦支柱）、（钢弦）、（电磁铁）、（外壳）和（引线）等六部分组成。

（注：

电磁铁可写成铁心、线圈，外壳和引线可写成附件）

22、钢弦压力盒按用途可分为（应力（或压力））、（重量）、（阻力）和（扭矩）等四类。

23、钢弦压力盒的转换元件是（钢弦）和（电磁铁），弹性元件是（承压膜）。

四、计算题

1、在使用灵敏度为80nC/MPa的压电式力传感器进行压力测量时，首先将它与增益为5mV/nC的电荷放大器相连，电荷放大器接到灵敏度为25mm/V的笔试记录仪上，试求该压力测试系统的灵敏度。

当记录仪的输出变化到30mm时，压力变化为多少？

2、把灵敏度为404×10-4Pc/Pa的压电式力传感器与一台灵敏度调到0.226Mv/pC的电荷放大器相接，求其总灵敏度。

若要将总灵敏度调到10×106mV/Pa,电荷放大器的灵敏度应作如何调整？

3、以阻值R=120Ω、灵敏系数K=2的丝式应变片与阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为2V，并假定电桥负载为无穷大，当应变片的应变为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。

4、在实验室进行岩石弹性参数测量时，选用Ф=50mm,H=100mm的岩石试件，并贴有四只同参数的应变片（如图）。

加载时，静应变仪指示2500με，问此时试件上实际产生多大的应变？

若所选应变片的灵敏系数K=2，供桥电压为4伏特，电桥的输出电压是多少（设本题岩石泊松比μ=0.25）？

解：

（1）ε实=ε指/4C

C=（ε1+ε3-ε2-ε4）/4ε测

=2500/2（1+0.25）

=2500/2.5

=1000（με）

（2）UBD=

=

=4×2×1000×10-6（1+0.25）/2

=5×10-3（伏特）

5、用两片半导体应变片和筒状弹性元件设计一压力传感器，其中一片为温度补偿片。

测量时，可直接用满量程为200毫伏的数字电压表组成压力测试系统。

已知半导体应变片的灵敏系数Ｋ＝100，供桥电压U=4伏特，求该系统最大应变测量范围是多少？

解：

UBD=UKε/4

ε=4UBD/UK

=4×200×10-3/4×100

=2×10-3ε=2000με

6、某应变式压力传感器，应变片的贴片及组桥如图所示。

四只同参数应变片的灵敏系数Ｋ＝2，电阻Ｒ＝120Ω，所贴应变片的弹性元件用μ＝0.285的弹簧钢加工成圆柱状。

加载时，若静应变仪指示7710με，问此时传感器弹性元件上产生了多大的应变量？

当卸掉载荷时，向某个应变片并联一个电阻，应变仪指示2000με，问并联在应变片上的电阻是多少欧姆？

解：

1）由题图可知：

四桥臂工作，桥臂系数C=（1+μ）/2

由ε实=ε指/4C

所以ε实=7710με/2（1+0.285）=3000με

2）ε=2000με,k=2ΔR/R=kε

由1/R并=1/R/+1/R

所以1/R/=1/R并－1/RR/=R并R/（R-R并）

而R并=R-ΔRΔR=R-R并=Rkε

所以R/=（R-Rkε）R/Rkε=（R-Rkε）/kε

R/=（120Ω-120Ω×2×2000με×10-6）/2×2000με×10-6

R/=29880Ω

7、用Y8DB-5动应变仪及SC16型光线示波器组成动应变测试系统，其仪器及振子参数如表1及表2，贴片及组桥如图3-2，若测量的上限频率为2000Hz，请按下列步骤选择计算：

1）选择合适的振子型号；2）选择应变片的阻值并计算基长的最大值；

3）求整个测试系统的灵敏度；4）若测量的最大动应变为5000με，选择合适的衰减挡；5）在测量最大应变下，工作应变片电阻的变化量和电桥的输出电压（设应力波在岩石中的传播速度为2000M/S）。

解：

1）查表2：

应选择FC6-10000型振子，Si=0.12mm/mAf=5000Hz

2）选择R=120Ω应变片

lb=（1/10~1/20）v/f=（1/10~1/20）×2000M/S/2000Hz=50~100（mm）

3）S仪=0.1mA/μεSi=0.12mm/mA

所以S总=S仪Si

S总=0.1mA/με×0.12mm/mA

S总=0.012mm/με

4）由题图知：

单臂电桥工作，4C=1

而Y=4CS仪SiXi/η所以η=S仪SiXi/Y

定Y值：

a）Yi=±10mm；b）Y仪=SiI仪=±3.6mm；c）Ym=±60mm

应选择Y最小者，取3.6mm

则η=0.012×5000/3.6≈17倍取η=20倍

5）ΔR/R=KεΔR=RKε

ΔR=120Ω×2×5000με×10-6=1.2Ω

由UBD=UKε/4

UBD=2伏特×2×5000με×10-6/4=5×10-3伏特=5毫伏

8、某应变式压力传感器，应变片的贴片及组桥如图所示。

四只同参数应变片的灵敏系数k＝2，电阻R＝120Ω，所贴应变片的弹性元件用μ＝0.25的弹簧钢加工成圆柱状。

加载前,由于应变片阻值的微小偏差，静应变仪指示500με，这时，向阻值较大的应变片并联一个电阻，结果应变仪回零。

问并联在应变片上的电阻是多少欧姆？

在此状态下加载，应变仪指示5000με，此时传感器弹性元件上产生了多大的应变量？

解：

1）ε=500με,R=120Ω,k=2

由1/R=1/R/+1/R实

所以1/R/=1/R－1/R实R/=R实R/（R实-R）

而ΔR=R实-R=RkεR实=R+Rkε

所以R/=（R+Rkε）R/Rkε=（R+Rkε）/kε

R/=（120Ω+120Ω×2×500με×10-6）/2×500με×10-6

R/=120120Ω

2）此状态为平衡状态，由平衡状态开始加载到ε=5000με

由ε实=ε指/4C

而C=（ε1+ε3-ε2-ε4）/4ε=[ε1+ε1-（-με1）-（-με1）]/4ε1

C=（1+μ）/2

所以ε实=ε指/2（1+μ）=5000με/2（1+0.25）=2000με

9、某应变式压力传感器所用应变片的灵敏系数K=2，有一只应变片贴在弹性元件上，当供桥电压为2伏特时，求当弹性元件上产生1000με时，电阻应变片的电阻变化量ΔR和电桥的输出电压UBD的大小（设电阻应变片阻值为120欧姆）。

解：

ΔR/R=Kε

ΔR=RKε

=120×2×1000×10-6

=0.24Ω

UBD=UKε/4

=2×2×1000×10-6/4

=10-3伏=1毫伏

10、在动应变测量中，所用应变片的灵敏系数K=2，有一只应变片贴在被测体上，另一只作为补偿片，已知动应变仪的灵敏度为0.01mA/με，求当被测体上产生1000με时，电阻应变片的电阻变化量ΔR和应变仪的输出电流的大小（设电阻应变片R=120欧姆）。

解：

（1）⊿R/R=Kε

所以⊿R=KεR

=2×1000×10-6×120

=0.24Ω

（2）S仪=Y/X

Y=S仪X

=0.01×1000

=10（mA）

11、用CD-7型拾震器、GCF-6测震放大器和SC16型光线示波器组成测震系统。

已知CD-7型拾震器的速度灵敏度为600mV/cm·s-1,测量频率范围是0.5-20Hz，GCF-6测震放大器的最大输出电流为20mA，最高测量频率为9KHz,请选择满足拾震器频率要求时，应选择哪种振子？

当质点振动速度为5cm/s，并使测震放大器输出达20mA时，直接用哪种振子测量比较合适？

此时，GCF-6测震放大器的灵敏度是多少？

解：

（1）因为拾震器的频率范围是0.5-20Hz，其最高测量频率是20Hz

所以，应选择振子的工作频率大于等于20Hz,查表1得：

应选择FC6-120型振子。

（2）放大器的输出电流为20mA；查表1得：

能直接配接的振子为自振频率大于2500Hz的振子，其最大允许电流达30mA，所以，应选择FC6-2500的振子。

（3）SF=YF/XF

而拾震器的输出等于XF,即拾震器的输出端接于GCF-6测震放大器的输入端,

XF=Y1

又S1=Y1/X1

所以Y1=S1X1即XF=S1X1

所以SF=YF/XF=YF/（S1X1）

=20/（600×5）

=6.67×10-3（mA/mV）

12、某矿山大爆破有效装药量为27吨，欲测震动对建筑物的影响，在建筑物附近，布置了测震系统。

请估算爆心距为500米处的建筑物附近质点的振动速度，并判断其安全稳定性？

若测量的最高频率为100Hz，若要求记录的最小周期的距离为5mm,选择记录纸速度（设K＝80，α＝1）？

解：

（1）V=K（W1/3/R）αα＝1

则V=KW1/3/R

=80×270001/3/500

=4.8（cm/s）

建筑物破坏的临界速度为5cm/s,

所以,爆心距为500米处的建筑物是安全的。

（2）V=fs

=100×5=500（mm/s）

表1FC6型振子参数表

振子型号

自振频率Hz

工作频率Hz

灵敏度mm/mA

内阻Ω

最大电流mA

光点偏移量mm

FC6-120

120

0-60

840

56

0.2

±100

FC6-400

400

0-200

72

50

2

±100

FC6-2500

2500

0-800

12

16

30

±50

FC6-5000

5000

0-1700

0.45

9

80

±30

FC6-10000

10000

0-5000

0.12

17

100

±10

13、某矿山大爆破有效装药量为27吨，欲测震动对建筑物的影响，在建筑物附近，安装了由CD-3型拾震器，GZ2型测震仪及SC16型光线示波器组成的测震系统，已知CD-3型拾震器的速度灵敏度为300mv/cm﹒s-1，二次仪表的灵敏度为0.0288mm/mv。

求距爆源500米处，建筑物附近质点的振动速度及记录