西安交通大学：《智能结构与振动控制》课程教学课件（讲稿）第4章 智能结构的传感元件

西安交通大学xi'an jiao tong university第四章智能结构的传感元件14航天航空学院

14 第四章 智能结构的传感元件

西安交通大学$ 4-1概述xi'an jiao tong universityData MatricesTransducerSmart SetupAccelerometer Mounting CheckOnlineCalibrationDataDKSVIOAcorlesmrtetImmediately gain access, anytime andCheck the health of your accelerometerDownload the free app to your iPhoneScan the data matrix code on youranywhere, to calibration data for allandhow well it is mounted on theto simpify and speedup test setups.transducer to access the instrument'syourtransducers inonelocationIf you use it with the data matrixtest structureunique Web page for- Overview of hardware assets- To be implemented in PULSE Reflexcodes, setup is even easier-Specifications-Calibration certificates-OQuickdy catalogue transducermeasurementapplications- Technical documentation-Calibration charts- Take reference measurements in oneinformation, node IDs,component- Specific calibration dataCorrection curvesIDs and DOF directionsclick-InformationaboutSmartSetup-Order new calibration- Create and edit transducer test-Run a mounting check to verify it ansetupsaccelerometer is loosely or correctlymounted- Access resource information as you setupthetest- Transler setups to PULSE ReflexTHESESOLUTIONS CAN HELP YOUDuring measurementDuring test setupDuring transducer mountingDuring front-end setupDuring post-processingand real-time analysisand calibrationand reporting15航天航空学院

15 §4-1 概述

西安交通大学s 4-1概述xi'an jiaotong university>对传感元件的基本要求尺寸小而薄，不影响结构外形和原结构材料很好的耦合，对原材料强度影响小性能稳定可靠频带宽能和结构其它电器设备兼容受外界干扰小能在结构使用的温度和湿度范围内正常工作16航天航空学院

16 §4-1 概述  对传感元件的基本要求 • 尺寸小而薄，不影响结构外形 • 和原结构材料很好的耦合，对原材料强度影响小 • 性能稳定可靠 • 频带宽 • 能和结构其它电器设备兼容 • 受外界干扰小 • 能在结构使用的温度和湿度范围内正常工作

西安交通大学S4-2电阻应变传感器xi'an jiaotong university利用敏感体受到某种物理状态的变化（位移、力、压力、加速度、扭矩等），其电阻也随之变化的特性，把这种电阻变化通过测量电路的转换，形成电能形式（电压，电流，频率等）的信号变化，经传递、放大、处理，最终变成显示值。常见的有：电位器式传感器，热敏电阻传感器，气敏传感器湿敏传感器，应变片传感器等。17航天航空学院

17 §4-2 电阻应变传感器 • 利用敏感体受到某种物理状态的变化（位移、力、压力、加速 度、扭矩等），其电阻也随之变化的特性，把这种电阻变化通 过测量电路的转换，形成电能形式（电压，电流，频率等）的 信号变化，经传递、放大、处理，最终变成显示值。 • 常见的有：电位器式传感器，热敏电阻传感器，气敏传感器， 湿敏传感器，应变片传感器等

西安交通大学S4-2电阻应变丝xi'anjiaotonguniversity，用途：压力，荷重，扭矩，加速度等的测量。特点：体积小，性能稳定，精度高，结构简单，测量范围大，抗干扰能力强等.目前主要有两种：金属电阻丝应变片，半导体应变片国真2A5（a）丝式应变片（b）箔式应变片（c）半导体应变片航天航空学院

• 用途: 压力,荷重,扭矩,加速度等的测量。 • 特点: 体积小,性能稳定,精度高,结构简单,测量范围大,抗干扰能 力强等. • 目前主要有两种:金属电阻丝应变片,半导体应变片。 §4-2 电阻应变丝

西安交通大学S4-2电阻应变丝xi'anjiaotonguniversity由敏感栅、基底、盖片、引线和粘结剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此应根据使用条件和要求合理地加以选择，航天航空学院

• 由敏感栅、基底、盖片、引线和粘结剂等组成。这些 部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此， 应根据使用条件和要求合理地加以选择。 §4-2 电阻应变丝

西安交通大学S4-2电阻应变丝xi'an jiaotong university对敏感栅的材料的要求①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片③电阻温度系数要小：④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强：③在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；③加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材：③易于焊接，对引线材料的热电势小。对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。航天航空学院

• 对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。 §4-2 电阻应变丝

西安交通大学S4-2 电阻应变丝xi'an jiao tong university基底和盖片基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。·引线是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线航天航空学院

• 基底和盖片 基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既 保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全 长称为基底长，其宽度称为基底宽。 • 引线 是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要 求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多 数敏感栅材料都可制作引线。 §4-2 电阻应变丝

西安交通大学S4-2电阻应变丝xi'an jiao tong university·粘结剂用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。航天航空学院

• 粘结剂 用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使 用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个 方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底 和敏感栅。 常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常 温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚 胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。 §4-2 电阻应变丝

西安交通大学S4-2电阻应变丝xi'an jiao tong university△LL·金属电阻丝电阻关系：R=pAA影响电阻变化的三个参数（电阻率、长度、截面积）：·全微分方程：aRaRaROdR:dl+dA=dAalaANAOdRdlAdAdppOdl41RAAAp.lp航天航空学院

• 金属电阻丝电阻关系: A l R   影响电阻变化的三个参数（电阻率、长度、截面积）: •全微分方程:      d A l dA A l dl A d R dA A R dl l R dR             2       d A dA l dl d A l dA A l dl l A A R dR        ( ) 2 §4-2 电阻应变丝