第二章测试系统与传感器原理第一节测试系统的组成与主要性能指标第二节差动电阻式传感器的基本原理第三节振动钢弦式传感器的基本原理第四节电感式传感器的基本原理第五节电阻应变片式传感器基本原理第六节其它类型的传感器原理第七节测试系统选择的原则第一节测试系统的组成与主要性能指标1、科技发展与测试的关系科技的发展，定量化与可控（可预测）是必然要求。人类获取外部信息需要借助“感官－神经－大脑”，感官功能包括：视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉，但人的感官功能不能满足对外部世界探索与发现的需要（有感觉阀限）。人类耳朵能听到的声波频率为20～20000Hz，一般在500～5000Hz频率高于20000Hz的声波称为超声波Ultrasonic，频率低于20Hz的声波称为次声波Infrasonic。视觉阀限（可见光）听觉阀限（可闻声)•为突破感觉阀限，人类利用各类传感器去感知并记录外部世界的“信息”，这扩展并延伸了人的“感官”系统。•信息Information：信息是事物现象及其属性标识的集合。信息以物质介质为载体,传递和反映世界各种事物存在方式运动作态的表征，信息是物质运动规律总和,信息不是物质，也不是能量!信息论的创始人香农认:“信息是能够用来消除不确定性的东西”。•信号Signal：传送信息的载体或工具，如光、声、电信号。•测试包括试验与测量的全过程，需要选用专门的仪器、设计合理的试验方法并进行必要的数据处理，从而获得被测对象的有关信息的量值。•测试过程是人们从客观事物中获取有关信息的认识过程，是人们认识客观规律的重要手段和方法。•测试技术的发展促进了科学技术的进步,科学技术的进步又为测试技术的提高创造了条件。•测试技术的作用：A、参数测定B、实时检测与监控C、参数的反馈、调节与自动控制。•岩土工程中测试系统与监测的作用：参数测定、状态检测、监控•地质定性评估与监测定量分析。2、测试系统的组成一个完整的测试系统包括:被测对象、被测物理量、测量系统、信号传输与处理系统、显示记录系统、观测者。其中测量系统一般包括传感器和测量控制装置，传感器是整个测试系统中的关键。最简单的测试系统：弹簧秤。传感器（Transducer/Sensor)：能感受或响应被测物理量，并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感原件和产生可用信号输出的转换原件以及相应的电子线路构成。（见国家标准GB7665－87传感器通用术语）(感应－传递）定义2：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。岩土工程监测中的测试系统：被测对象（物理量）：岩土体或工程结构（位移、力等）测量系统：各类仪器的组成及传感器。信号传输与处理系统：信号传输、排除干扰、滤波、计算等。显示记录系统：显示、记录、存储等。传感器的分类(1)按原理分：电参量：电阻、电感、电容磁电式：磁电感应、磁栅压电式：压力、加速度光电式：红外、CCD、光纤热电式：热电偶波式：超声波、微波射线式：核辐射半导体式：温度、湿度其它原理(2)按用途分类：位移传感器压力传感器振动传感器温度传感器其它传感器(3)综合分类3、测试系统的主要性能指标：A、系统精度与误差:测试系统的精度指测试系统给出的指示值与被测量的真值的接近程度，误差为指示值与被测量的真值的差异程度，两者是同一概念的不同表示方式。绝对误差：△x=x-A0相对误差：γx=(x-A0)/A0×100%引用误差：γy=(x-A0)/Xm×100％（F.S)式中：x－－仪器指示值A0－－真值（是难以确切测量的，可用精度更高的仪器得到约定真值）Xm－－仪器测量上限。3、测试系统的主要性能指标：B、稳定性（可靠性）：误差随测量过程及环境影响是变化的，如读数产生漂移、噪声干扰等，稳定性是衡量测试系统在工作条件和工作时间内，保持原有技术性能的能力。稳定性有两个指标：时间上的稳定性及外部环境变化引起的示值不稳定性。时间上的稳定性：它是由于仪器随机性变化、周期性变化、漂移等引起的示值变化，一般用测量波动值与时间长短表示。如：1.3mv/8h,0.05％Reading/a、0.2%F.S.R/year等环境对稳定性的影响：指工作场所的环境条件如温度、大气压、振动...
