MOS结构准静态C－V特性测量
一．实验目的
1. MOS结构低频C-V特性，是确定二氧化硅层厚度界面态密度参数（简称准静态C－V特性）测量是检测MOS器件制造工艺的重要手段。掌握并了解MOS结构及C-V方法测量原理。
2.学会X-Y记录仪的使用方法，并测出高频下的C-V特性曲线。通过测量MOS结构低频C-V 特性，确定二氧化硅层厚度界面态。
二实验原理
1.MOS结构及其C-V特性
式中是金属电极上的电荷面密度,A是电极面积。GQ通过对该电容的C-V 特性的测量分析，就可以了解半导体表面的各种状态，如SiO2-Si界面的各种电荷的性质，测定Si的许多重要表面参量和体参量（如杂质浓度，少子寿命等）。本实验是通过对C-V特性的测量分析计算出氧化层中固定的电荷密度。
2.理想MOS的C-V特性
所谓理想情形，是假设MOS结构满足以下条件：（1）金属与半导体间功函数差为零；（2）SiO2绝缘层内没有电荷；（3）SiO2与半导体界面处不存在界面态。偏压VG一部分在降在SiO2上，
记作Vox；一部分降在半导体表面空间电荷区，记作,即Vs,即：
Vs=0时，半导体表面能带平直，称为平带。平带时的MOS电容称为平带电容，记作CFB。对于给定的MOS结构，归一化平带电容由下式给出[1]：
3.实际的MOS的C-V特性
由于SiO2中总是存在电荷（通常是正电荷），且金属的功函数Wm和半导体的功函数Ws通
常并不相等，所以VFB一般不为零。若不考虑界面态的影响，有
4.氧化层中正电荷的计算
通过以上分析，我们看到氧化层中正电荷的影响（在这里我们只笼统的讲是正电荷）。实际上它包括氧化层中固定电荷，Si-SiO2界面的界面态以及靠近Si-SiO2界面的可动离子正电荷，后者的密度可通过BT实验-正、负偏压温度处理方法来进行测量，这不在本实验的内容。
关于计算氧化层中正电荷密度的方法，在这里我们介绍二种。第一种方法是根据高频CTG-1型高频测试仪测出的C-V特性曲线。然后查表得出平带电容，这样在C-V曲线上就能找出平带电压VFB，再代入（9）式，就可以计算出Qfc来了。具体方法如下：
1. 计算功函数差
2. 查表求C FB
3.在C-V曲线上求出V FB
4.计算
三测量步骤
本实验采用E4980A c-v测试仪进行测量。安装NetFx_IOLibSuite_16_1_14931.exe，安装driver_ivicom_e4980a_1_0_11_0_7_3_07.msi，用USB线将电脑与E4980A连接，打开E4980A
按图1中1处的Refresh All，确认图中2处的2个？变为√
1. 确认图1中3处的Firmware为Rev.
2.20。否则按e4980a_firmware_update.pdf内说明升级固件。
2. 打开E4980_DataTransfer_0100.xls，
将1处改为USB，在2处输入图1中4处的那串字母与数字。点击Handshake，在3处应该是出现OK。
3. 设置E4980A，按Meas Setup键出现如图2的设置界面（在数字键的左下，方向键的正下，如果操作无反应，观察图2右下是否出现RXX的3个英文，试着按屏幕下方最右边的Local/lock键，如果不行就重启E4980A）。
将FUNC改为Cp-D，将FREQ改为1MHz，将LEVEL改为100mV，TRIG改为MAN，按屏幕左边的DC Bias，确认仪器右边DC Bias下的灯是亮的。
4. 按Display Format（在Meas Setup左边），再按Meas Setup，按屏幕中右边显示LIST SETUP对应的按钮，出现如图3的设置界面。
将FREQ[Hz]改为BIAS[V]（右边一排没有，按下MORE对应的键）在1后面，BIAS[V]下面输入-5，然后按10下NEXT PAGE对应按钮，在101后面，BIAS[V]下面输入5，按一下PREV PAGE 的对应按钮，再按下FILL LINEAR对应的按钮。
5. 按Display Format按钮，按右边LIST SWEEP对应的按钮，按下屏幕左边的Trigger键，E4980A就开始自动测量，从-5V测到5V。
测量结束后
回到电脑上的E4980_DataTransfer_0100.xls，在图5中的1处设置测试数据表名（注意不能重复命名），点Load Data，会多出一个选项卡，测试数据就存在里面。
6.根据测得的数据画出C-V测量曲线，并根据曲线求Cox出值，VFB值。oxCFBV
7.将Cox值，VFB值与Vms值代入Nfc公式，便可求出固定电荷Nfc密度了。
四数据处理
Point# BIAS[V] Cp D
1 -5 4.19392E-09 0.0541721
2 -4.9 4.19205E-09 0.0541588
3 -4.8 4.19028E-09 0.054153
4 -4.7 4.18842E-09 0.0541545
5 -4.
6 4.18652E-09 0.0541459
6 -4.5 4.18449E-09 0.0541502
7 -4.4 4.18244E-09 0.0541505
8 -4.3 4.18032E-09 0.0541456
9 -4.2 4.17808E-09 0.0541557
10 -4.1 4.17567E-09 0.0541628
11 -4 4.17326E-09 0.0541686
12 -3.9 4.17064E-09 0.0541954
13 -3.8 4.16801E-09 0.0542051
14 -3.7 4.16524E-09 0.0542342
15 -3.6 4.16233E-09 0.0542752
16 -3.5 4.15929E-09 0.0543208
17 -3.4 4.15607E-09 0.0543737
18 -3.3 4.1527E-09 0.0544426
19 -3.2 4.1491E-09 0.0545373
20 -3.1 4.14528E-09 0.0546625
21 -3 4.14122E-09 0.0548185
22 -2.9 4.1368E-09 0.0550083
23 -2.8 4.13191E-09 0.0552371
24 -2.7 4.12651E-09 0.0555127
25 -2.6 4.12033E-09 0.0558224
26 -2.5 4.11331E-09 0.056101
27 -2.4 4.10538E-09 0.0562918
28 -2.3 4.09681E-09 0.0563062
29 -2.2 4.08799E-09 0.0560881
30 -2.1 4.07948E-09 0.0556869
31 -2 4.07136E-09 0.0552257
32 -1.9 4.06355E-09 0.0547884
33 -1.8 4.05581E-09 0.0544342
34 -1.7 4.04775E-09 0.0541844
35 -1.6 4.0393E-09 0.054011
36 -1.5 4.03016E-09 0.0538833
37 -1.4 4.02048E-09 0.0538039
38 -1.3 4.01005E-09 0.0537296
39 -1.2 3.99898E-09 0.0536881
40 -1.1 3.98706E-09 0.0536533
41 -1 3.97434E-09 0.053643
42 -0.9 3.96084E-09 0.0536745
43 -0.8 3.94629E-09 0.0537402
44 -0.7 3.93079E-09 0.0538625
45 -0.6 3.91419E-09 0.0540766
46 -0.5 3.89643E-09 0.0544074
47 -0.4 3.87744E-09 0.054926
48 -0.3 3.85717E-09 0.0556967
49 -0.2 3.83531E-09 0.0568276
50 -0.1 3.8118E-09 0.0584503
51 0 3.7864E-09 0.0607009
52 0.1 3.75824E-09 0.0637728
53 0.2 3.72662E-09 0.0678512
54 0.3 3.68973E-09 0.0731564
55 0.4 3.64626E-09 0.0797605
56 0.5 3.59339E-09 0.0878911
57 0.6 3.52948E-09 0.0974139
58 0.7 3.45169E-09 0.108295
59 0.8 3.35911E-09 0.120037
60 0.9 3.25047E-09 0.13199
61 1 3.1279E-09 0.142899
62 1.1 2.99461E-09 0.151354
63 1.2 2.85854E-09 0.155788
64 1.3 2.72501E-09 0.155267
65 1.4 2.60442E-09 0.149726
66 1.5 2.49817E-09 0.140019
67 1.6 2.41021E-09 0.127765
68 1.7 2.33883E-09 0.114497
69 1.8 2.28168E-09 0.101384
70 1.9 2.23646E-09 0.0893053
71 2 2.20045E-09 0.0786031
72 2.1 2.17176E-09 0.0694589
73 2.2 2.1487E-09 0.0618387
74 2.3 2.12932E-09 0.0553798
75 2.4 2.11358E-09 0.0502592
76 2.5 2.09993E-09 0.0460308
77 2.6 2.08849E-09 0.0427341
78 2.7 2.07863E-09 0.0401741
79 2.8 2.07015E-09 0.0382367
80 2.9 2.063E-09 0.0368496
81 3 2.05703E-09 0.0359136
82 3.1 2.05231E-09 0.0353871
83 3.2 2.04874E-09 0.0352131
84 3.3 2.0461E-09 0.0353724
85 3.4 2.04445E-09 0.0358661
86 3.5 2.04359E-09 0.0367558
87 3.6 2.0436E-09 0.0380623
88 3.7 2.04453E-09 0.0399268
89 3.8 2.04665E-09 0.0424735 90 3.9 2.05044E-09 0.0459089 91 4 2.05651E-09 0.050427 92 4.1 2.06584E-09 0.0563333 93 4.2 2.07949E-09 0.0639545 94 4.3 2.09909E-09 0.0737595 95 4.4 2.1265E-09 0.0863148 96 4.5 2.16473E-09 0.102703 97 4.6 2.21803E-09 0.124271 98 4.7 2.2968E-09 0.15254 99 4.8 2.42039E-09 0.18498 100 4.9 2.61476E-09 0.209382 101 5 2.8757E-09 0.208674
由以上数据得：
电容最大值c1=4.2137nf ，最小值c2=2.1255nf. 所以，Cfb=(c1+c2)/2=3.1696nf ，
C=√(Cfb ×c1) =3.6546nf ， 在数据表中找到C=3.6546nf 时， Vfb = － 0.2v ，
Vm=4.25v , Vms=Vm+Vs= －0.57v ，
带入相关数据得，
正电荷密度=2.6×
10^10 .
结构动力特性的测试方法及应用(讲稿) 一. 概述 每个结构都有自己的动力特性，惯称自振特性。了解结构的动力特性是进行结构抗震设 计和结构损伤检测的重要步骤。目前，在结构地震反应分析中，广泛采用振型叠加原理的反 应谱分析方法，但需要以确定结构的动力特性为前提。n 个自由度的结构体系的振动方程如 下： [][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+? ?????+?????? 式中[]M 、[]C 、[]K 分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，均为n 维矩阵； {})(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵；{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵；{} )(t y &为速度响应的n 维随机过程列阵；{})(t y && 为加速度响应的n 维随机过程列阵。 表征结构动力特性的主要参数是结构的自振频率f （其倒数即自振周期T ）、振型Y(i)和 阻尼比ξ，这些数值在结构动力计算中经常用到。 任何结构都可看作是由刚度、质量、阻尼矩阵（统称结构参数）构成的动力学系统， 结构一旦出现破损，结构参数也随之变化，从而导致系统频响函数和模态参数的改变，这种 改变可视为结构破损发生的标志。这样，可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损，进而提出修复方案，现代发展起来的“结构破损诊断”技术就是这样一种方法。其最 大优点是将导致结构振动的外界因素作为激励源，诊断过程不影响结构的正常使用，能方便 地完成结构破损的在线监测与诊断。从传感器测试设备到相应的信号处理软件,振动模态测 量方法已有几十年发展历史，积累了丰富的经验，振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展 也很快。随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高，结构的振动信息可以在桥 梁运营过程中利用环境激振来监测，并可得到比较精确的结构动态特性（如频响函数、模态 参数等）。目前，许多国家在一些已建和在建桥梁上进行该方面有益的尝试。 测量结构物自振特性的方法很多，目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试 法和自由振动法。稳态正弦激振法是给结构以一定的稳态正弦激励力，通过频率扫描的办法 确定各共振频率下结构的振型和对应的阻尼比。 传递函数法是用各种不同的方法对结构进 行激励（如正弦激励、脉冲激励或随机激励等）,测出激励力和各点的响应，利用专用的分 析设备求出各响应点与激励点之间的传递函数，进而可以得出结构的各阶模态参数（包括振 型、频率、阻尼比）。脉动测试法是利用结构物（尤其是高柔性结构）在自然环境振源（如 风、行车、水流、地脉动等）的影响下，所产生的随机振动，通过传感器记录、经谱分析， 求得结构物的动力特性参数。自由振动法是:通过外力使被测结构沿某个主轴方向产生一定 的初位移后突然释放，使之产生一个初速度，以激发起被测结构的自由振动。 以上几种方法各有其优点和局限性。利用共振法可以获得结构比较精确的自振频率和阻 尼比,但其缺点是，采用单点激振时只能求得低阶振型时的自振特性，而采用多点激振需较 多的设备和较高的试验技术；传递函数法应用于模型试验，常常可以得到满意的结果，但对 于尺度很大的实际结构要用较大的激励力才能使结构振动起来，从而获得比较满意的传递函 数，这在实际测试工作中往往有一定的困难。 利用环境随机振动作为结构物激振的振源，来测定并分析结构物固有特性的方法，是近 年来随着计算机技术及FFT 理论的普及而发展起来的，现已被广泛应用于建筑物的动力分 析研究中，对于斜拉桥及悬索桥等大型柔性结构的动力分析也得到了广泛的运用。斜拉桥或 悬索桥的环境随机振源来自两方面：一方面指从基础部分传到结构的地面振动及由于大气变 化而影响到上部结构的振动（根据动力量测结果，可发现其频谱是相当丰富的，具有不同的
1、结构试验按试验目的可分为生产检验性试验和科学研究性试验；按试验对象可分为真型试验和模型试验；按荷载性质可分为静力试验和动力试验；按试验场所可分为现场试验和实验室试验；按试验持续时间可分为短期荷载试验和长期荷载试验。 2、动载试验主要包括：疲劳试验、动力特性试验、地震模拟振动台试验和风洞试验 3、结构试验一般可分4个阶段：试验规划和设计、试验技术准备、试验实施过程、试验数据分析和总结 4、重力加载包括：直接重力加载、杠杆重力加载 5.水可作为对建筑结构施加的重力荷载。 6.荷载支承装置分为竖向荷载支承装置和水平荷载支承装置。 7、气压加载有正压加载和负压加载两种方式。 8、可采用卷扬机、绞车、螺旋千斤顶、螺旋弹簧、倒链等方式实现机械加载。 9.在结构构件安装位置和实际工作状态不相一致的情况下进行的试验称为异位试验。 10.试件设计所以要注意它的形状，主要是要求满足在试验时形成和实际工作相一致的应力状态。 11.结构试验中，采用分级加载一方面可控制加载速度，另一方面便于观测结构变形随荷载变化的规律。 12．应变测量方法包括：电阻应变测量方法；手持式应变仪测量方法和振弦式应变计测量方法。 13．测量挠度的仪器包括：①百分表及挠度计；②电子百分表；③电阻应变式位移传感器； ④差动变压器式位移传感器；⑤刻度尺和水准仪。 14.电液伺服阀能根据输入电流的极性控制液压油的流向，根据输入电流的大小控制液压油的流量。 15.液压加载法的最大优点是利用油压使 液压加载器产生较大的荷载。 16．测定结构的动力特性的方法包括：自由振动法、共振法、脉动法 17.冲击力加载的特点是荷载作用时间极为短促，在它的作用下使被加载结构产生振动响应，适用于进行结构动力特性的试验。 18.在低周反复加载试验中为了能再现地震力作用下，墙体经常出现的斜裂缝或交叉裂缝的破坏现象，在墙体安装及考虑试验装置时必须要满足边界条件的模拟。 1、下列（D ）不属于科学研究性试验。 A．验证结构计算理论的假定 B．为制订设计规范提供依据 C．为发展和推广新结构、新材料和新工艺提供实践经验 D．服役结构的可靠性鉴定 2、下列（E ）不属于长期荷载试验。 A 混凝土的徐变 B 预应力钢筋的松弛 C 混凝土的碳化 D 钢筋的锈蚀 E 混凝土试块150×150×150抗压试验 3.结构试验中，常用科研性试验解决的问题是( D ) A.综合鉴定重要工程和建筑物的设计和施工质量 B.鉴定预制构件的产品质量 C.已建结构可靠性检验、推断和估计结构的剩余寿命
第２章 检测系统的基本特性 2.1 检测系统的静态特性及指标 2.1.1检测系统的静态特性 一、静态测量和静态特性 静态测量：测量过程中被测量保持恒定不变（即dx/dt=0系统处于稳定状态）时的测量。 静态特性（标度特性）：在静态测量中，检测系统的输出－输入特性。 n n x a x a x a x a a y +++++= 332210 例如：理想的线性检测系统： x a y 1= 如图2-1-1(a)所示 带有零位值的线性检测系统：x a a y 10+= 如图2-1-1(b)所示 二、静态特性的校准（标定）条件――静态标准条件。 2.1.2检测系统的静态性能指标 一、测量范围和量程 1、 测量范围：（x min ，x max ） x min ――检测系统所能测量到的最小被测输入量（下限） x max ――检测系统所能测量到的最大被测输入量（上限）。 2、量程： min max x x L -= 二、灵敏度S dx dy x y S x =??=→?)( lim 0 串接系统的总灵敏度为各组成环节灵敏度的连乘积 321S S S S = 三、分辨力与分辨率 1、分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量min x ?。 2、分辨率：全量程中最大的min x ?即min max x ?与满量程L 之比的百分数。 四、精度（见第三章） 五、线性度e L max .. 100%L L F S e y ?=± ? max L ?――检测系统实际测得的输出－输入特性曲线（称为标定曲线）与其拟合直线之
间的最大偏差 ..S F y ――满量程（F.S.）输出 注意：线性度和直线拟合方法有关。 最常用的求解拟合直线的方法：端点法 最小二乘法 图2-1-3线性度 a.端基线性度； b.最小二乘线性度 四、迟滞e H %100. .max ??= S F H y H e 回程误差――检测系统的输入量由小增大（正行程），继而自大减小（反行程）的测试 过程中，对应于同一输入量，输出量的差值。 ΔHmax ――输出值在正反行程的最大差值即回程误差最大值。 迟滞特性 五、稳定性与漂移 稳定性：在一定工作条件下，保持输入信号不变时，输出信号随时间或温度的变化而出 现缓慢变化的程度。 时漂： 在输入信号不变的情况下，检测系统的输出随着时间变化的现象。 温漂： 随着环境温度变化的现象（通常包括零位温漂、灵敏度温漂）。 2.2 检测系统的动态特性及指标 动态测量：测量过程中被测量随时间变化时的测量。 动态特性――检测系统动态测量时的输出－输入特性。 常用实验的方法： 频率响应分析法――以正弦信号作为系统的输入；
[实验二] 望远系统特性参数的测量一、实验目的 通过对望远系统特性参数的实际测量，进一步掌握望远系统的基本成像原理，同时加深对其各参数的理解。 二、实验内容 实际测量望远系统的出瞳及出瞳距的大小。 三、实验仪器 平行光管、待测望远系统（经纬仪或水平仪）、倍率计等。 四、测量原理 对于望远系统来而言，物镜框就是孔径光阑，也为入瞳；物镜框经后面的目镜所成的像即为望远系统的出瞳D′，出瞳 ′ 到望远系统目镜最后一面的顶点的距离就是出瞳距离，如 P 图2－1所示。
图 2－1 利用倍率计可以简单而比较精确的测量出出瞳直径及出瞳距。倍率计的结构原理如图2－2所示，其光学系统是一个低倍的显微镜，物镜的放大率是1倍，目镜是倍，分划板上刻有用来测量出瞳像直径的标尺，其刻划范围为。此外，显微镜可以在外筒内前后移动，在显微镜筒上有一根长度标尺，刻划范围为，格值为（在外筒上有一窗口可见到此标尺）。当显微镜在外筒内移动时，标尺可指示出它的位置，以方便的测量出出瞳距。 5.12mm 10mm 80~0mm 1 图 2－2 五、测量步骤 （一）望远系统出瞳直径的测量 1、测量前将被测望远系统的目镜视度调整到零，使仪器处于正常工作状态。 2、将平行光管、被测望远系统、倍率计如图2－3依次放置，并调整三者共轴等高。
图2－3 3、通过倍率计观察望远系统物镜框所成之像，并对出瞳亮斑调焦，从而使被测系统的出瞳在倍率计分划板中心部位上成清晰的像，此时从倍率计分划板上的刻线值即可正确地读出被测系统的出瞳直径的大小。 D′ （二）望远系统出瞳距离的测量 1、当倍率计调焦在出瞳面上时，从倍率计外筒窗口上也 a 可以读得一个读数，此读数即为沿轴方向的出瞳面的位置。 1 2、然后，沿倍率计外筒拉动显微镜，将它调焦在被测系统目镜的最后一个表面顶点上，此时再次记下外筒窗口上的读 a p′。 数。两次读数之差就是被测系统的出瞳距 2 六、思考 1、如何测量望远镜的入瞳及入瞳距？ 2、为什么大多数望远系统的孔径光阑都是位于物镜上？
结构动力特性的测试方法及应用(讲稿) 一. 概述 每个结构都有自己的动力特性,惯称自振特性。了解结构的动力特性就是进行结构抗震设 计与结构损伤检测的重要步骤。目前,在结构地震反应分析中,广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法,但需要以确定结构的动力特性为前提。n 个自由度的结构体系的振动方程如下: [][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+??????+?????? 式中[]M 、[]C 、[]K 分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵,均为n 维矩阵;{} )(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵;{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵;{})(t y &为速度响应的n 维随机过程列阵;{})(t y && 为加速度响应的n 维随机过程列阵。 表征结构动力特性的主要参数就是结构的自振频率f (其倒数即自振周期T )、振型Y(i)与阻尼比ξ,这些数值在结构动力计算中经常用到。 任何结构都可瞧作就是由刚度、质量、阻尼矩阵(统称结构参数)构成的动力学系统,结构一旦出现破损,结构参数也随之变化,从而导致系统频响函数与模态参数的改变,这种改变可视为结构破损发生的标志。这样,可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损,进而提出修复方案,现代发展起来的“结构破损诊断”技术就就是这样一种方法。其最大优点就是将导致结构振动的外界因素作为激励源,诊断过程不影响结构的正常使用,能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。从传感器测试设备到相应的信号处理软件,振动模态测量方法已有几十年发展历史,积累了丰富的经验,振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高,结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测,并可得到比较精确的结构动态特性(如频响函数、模态参数等)。目前,许多国家在一些已建与在建桥梁上进行该方面有益的尝试。 测量结构物自振特性的方法很多,目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法与自由振动法。稳态正弦激振法就是给结构以一定的稳态正弦激励力,通过频率扫描的办法确定各共振频率下结构的振型与对应的阻尼比。 传递函数法就是用各种不同的方法对结构进行激励(如正弦激励、脉冲激励或随机激励等),测出激励力与各点的响应,利用专用的分析设备求出各响应点与激励点之间的传递函数,进而可以得出结构的各阶模态参数(包括振型、频率、阻尼比)。脉动测试法就是利用结构物(尤其就是高柔性结构)在自然环境振源(如风、行车、水流、地脉动等)的影响下,所产生的随机振动,通过传感器记录、经谱分析,求得结构物的动力特性参数。自由振动法就是:通过外力使被测结构沿某个主轴方向产生一定的初位移后突然释放,使之产生一个初速度,以激发起被测结构的自由振动。 以上几种方法各有其优点与局限性。利用共振法可以获得结构比较精确的自振频率与阻尼比,但其缺点就是,采用单点激振时只能求得低阶振型时的自振特性,而采用多点激振需较多的设备与较高的试验技术;传递函数法应用于模型试验,常常可以得到满意的结果,但对于尺度很大的实际结构要用较大的激励力才能使结构振动起来,从而获得比较满意的传递函数,这在实际测试工作中往往有一定的困难。 利用环境随机振动作为结构物激振的振源,来测定并分析结构物固有特性的方法,就是近年来随着计算机技术及FFT 理论的普及而发展起来的,现已被广泛应用于建筑物的动力分析研究中,对于斜拉桥及悬索桥等大型柔性结构的动力分析也得到了广泛的运用。斜拉桥或悬索桥的环境随机振源来自两方面:一方面指从基础部分传到结构的地面振动及由于大气变化而影响到上部结构的振动(根据动力量测结果,可发现其频谱就是相当丰富的,具有不同的脉动卓越周期,反应了不同地区地质土壤的动力特性);另一方面主要来自过桥车辆的随机振动。
第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为1 21 )(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2 224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、 和 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡 3、 两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性 为 。 （1） )()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q + （3）) ()()()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4）)()(21ωωQ Q - 4、 一阶系统的阶跃响应中，超调量 。 （1）存在，但<5％ （2）存在，但<1 （3）在时间常数很小时存在 （4）不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是 系统。 （1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶 6、 一阶系统的动态特性参数是 。 （1）固有频率 （2）线性度 (3)时间常数 （4）阻尼比 7、 用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值 倍所经过的 时间作为时间常数。 （1）0.632 （2）0.865 （3）0.950 （4）0.982 （三）判断对错题（用√或×表示） 1、 一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个1000Hz 的正弦信号，则必然导致输出波形失真。（ ） 2、 在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。（ ） 3、 当输入信号)(t x 一定时，系统的输出)(t y 将完全取决于传递函数)(s H ，而与该系统
第七章结构动力特性试验 7.1概述 建筑结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。它的主要内容包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等一些基本参数，也称动力特性参数或振动模态参数。这些特性是由结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质，构造连接等因素决定，但与外荷载无关。 建筑结构动力特性试验量测结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抗御其它动荷载的性能和能力时，都必须要进行结构动力特性试验，了解结构的自振特性。 1．在结构抗震设计中，为了确定地震作用的大小，必须了解各类结构的自振周期。同样，对于已建建筑的震后加固修复，也需了解结构的动力特性，建立结构的动力计算模型，才能进行地震反应分析。 2测量结构动力特性，了解结构的自振频率，可以避免和防止动荷载作用所产生的干扰与结构产生共振或拍振现象。在设计中可以便结构避开干扰源的影响，同样也可以设法防止结构自身动力特性对于仪器设备的工作产生干扰的影响，可以帮助寻找采取相应的措施进行防震，隔震或消震。 3．结构动力特性试验可以为检测、诊断结构的损伤积累提供可靠的资料和数据。由于结构受动力作用，特别是地震作用后，结构受损开裂使结构刚度发生变化，刚度的减弱使结构自振周期变长，阻尼变大。由此，可以从结构自身固有特性的变化来识别结构物的损伤程度，为结构的可靠度诊断和剩余寿命的估计提供依据。 建筑结构的动力特性可按结构动力学的理论进行计算。但由于实际结构的组成，材料和连接等因素，经简化计算得出的理论数据往往会有一定误差。对于结构阻尼系数一般只能通过试验来加以确定。因此，建筑结构动力特性试验就成为动力试验中的一个极为重要的组成部分，而引起人们的关注和重视。 结构动力特性试验是以研究结构自振特性为主，由于它可以在小振幅试验下求得，不会使结构出现过大的振动和损坏，因此经常可以在现场进行结构的实物试验，正如本章所介绍的试验实例。当然随着对结构动力反应研究的需要，目前较多的结构动力试验，特别是研究地震，风震反应的抗震动力试验，也可以通过试验室内的模型试验来测量它的动力特性。 结构动力特性试验的方法主要有人工激振法和环境随机振动法。人工激报法又可分为自由振动法和强迫振动法。 人工激振法是一种早期使用的方法，试验得到的资料数据直观简单，容易处理；环境随机振动法是一种建立在计算机技术发展基础上采用数理统计处理数据的新方法，由于它是利用环境脉动的随机激振，不需要激振设备，对于现场测试特别有利。以上任何一种方法都能测得结构的各种自振特性参数，由于计算机技术的发展和数据分析专用仪器的普及使用，为各种方法所测得的资料数据提供了快速有效的处理分析条件。 7．2人工激振法测量结构动力特性 7．2．且结构自振频率测量 一、自由振动法 在试验中采用初位移或初速度的突卸或突加荷载的方法，使结构受一冲击荷载作用而产生自由振动。在现场试验中可用反冲激振器对结构产生冲击荷载；在工业厂房中可以通过锻锤、
第三章测试装置的基本特性 第一节测试装置的组成及基本要求 一、对测试系统的基本要求 测试过程是人们获取客观事物有关信息的认识过程。在这一过程中，需要利用专门的测试系统和适当的测试方法，对被测对象进行检测，以求得所需要的信息及其量值。对测试系统的基本要求自然是使测试系统的输出信号能够真实地反映被测物理量的变化过程，不使信号发生畸变，即实现不失真测试。任何测试系统都有自己的传输特性，如果输入信号用x(t)表 示，测试系统的传输特性用h(t)表示，输 出信号用y(t)表示，则通常的工程测试问 题总是处理x(t)、h(t)和y(t)三者之间的 关系，如图2-1所示，即 1)若输入x(t)和输出y(t)是已知量， 图3-1 则通过输入、输出可推断出测试系统的传 输特性h(t)。 2)若测试系统的传输特性h(t)已知，输出y(t)亦已测得，则通过h(t)和y(t)可推断出对应于该输出的输入信号x(t)。 3)若输入信号x(t)和测试系统的传输特性h(t)已知，则可推断出测试系统的输出信号y(t)。 本章主要讨论系统传递(传输)特性的描述方法。 二、测试系统的组成 一个完善的测试系统是由若干个不同功能的环节所组成的，它们是实验装置、测试装置(传感器、中间变换器)、数据处理装置及显示或记录装置，如图2-2所示。 当测试的目的和要求不同时，以上四个部分并非必须全部包括。如简单的温度测试系统只需要一个液柱式温度计，它既包含了测量功能，又包含了显示功能。而用于测量 图3-2
机械构件频率响应的测试系统，则是一个相当复杂的多环节系统，如图2-3所示。 实验装置是使被测对象处于预定状态下，并将其有关方面的内在特性充分显露出来，它是使测量能有效进行的一种专门装置。例如，测定结构的动力学参数时，所使用的激振系统就是一种实验装置。它由信号发生器、功率放大器和激振器组成。信号发生器提供正弦信号，其频率可在一定范围内变化，此正弦信号经功率放大器放大后，去驱动激振器。激振器产生与信号发生器的频率相一致的交变激振力，此力通过力传感器作用于被测对象上，从而使被测对象处于该频率激振下的强迫振动状态。 测试装置的作用是将被测信号(如激振力、振动产生的位移、速度或加速度等)通过传感器变换成电信号，然后再经过后接仪器的再变换、放大和运算等，将其变成易于处理和记录的信号。测试装置是根据不同的被测机械参量，选用不同的传感器和相应的后接仪器而组成的。例如图中采用测力传感器和测力仪组成力的测试装置，同时又采用测振传感器和测振仪组成振动位移(或振动速度、振动加速度)的测试装置。 数据分析处理装置是将测试装置输出的电信号进一步分析处理，以便获得所需要的测试结果。如图中的双通道信号分析仪，它可对被测对象的输入信号(力信号)x (t )与输出信号(被测对象的振动位移信号)y (t )进行频率分析、功率谱分析、相关分析、频率响应函数分析、相干分析及概率密度分析等，以便得到所需要的明确的数据和资料。 显示或记录装置是测试系统的输出环节，它将分析和处理过的被测信号显示或记录(存储)下来，以供进一步分析研究。在测试系统中，现常以微处理机、打印机和绘图仪等作为显示和记录的装置。 在测试工作中，作为整个测试系统，它不仅包括了研究对象，也包括了测试装置，因此要想从测试结果中正确评价研究对象的特性，首先要确知测试装置的特性。 理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入、输出关系。其中以输出和输入成线性关系为最佳。在静态测量中，虽然我们总是希望测试装置的输入输出具有这种线性关系，但由于在静态测量中，用曲线校正或输出补偿技术作非线性校正尚不困难，因此，这种线性关系并不是必须的；相反，由于在动态测试中作非线性校正目前还相当困难，因而，测试装置本身应该力求是线性系统，只有这样才能作比较完善的数学处理与分析。一些实际测试装置 ，
结构动力特性测量实验辅导资料 主题：结构动力特性测量实验的辅导资料 学习时间：2013年6月24日－7月21日 内容： 这周我们将学习结构动力特性测量实验的相关内容。 一、学习要求 学习要求及需要掌握的重点内容如下： 1、掌握实验的目的； 2、掌握实验主要的仪器和设备； 3、掌握实验的整个实验步骤； 4、掌握实验数据的处理方法。 二、主要内容 结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能，主要包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等，这些参数与外荷载无关。 测量结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抵御其它动荷载的性能和能力时，都必须要进行结构动力特性试验。 通过结构动力特性的测量，能够得到结构的自振频率，可以避免和防止动荷载所产生的干扰与结构共同作用产生的共振现象。此外，受损开裂结构的刚度减小，导致结构自振周期变长，阻尼变大，因此结构动力特性试验可以为检测、诊
断结构的损伤积累提供可靠的资料和数据。 本次实验的题目为《结构动力特性测量实验》。 （一）本次试验的目的 1、了解动力参数的测量原理； 2、掌握传感器、仪器及使用方法； 3、通过振动衰减波形求出简支梁的固有频率和阻尼比； （二）本次试验使用的仪器、设备及试验构件 本次实验需要用到的仪器和设备主要包括三个： 1、振动传感器DH105，也叫拾振器，主要是用来将振动信号转换成电荷信号输出；优点是体积小、重量轻、对被测物体影响小，频率范围宽、动态范围大，主要参数如表所示，我们在振动传感器的选择上最关心的指标是灵敏度、频率范围和量程。 2、与之配套的电荷适配器，主要作用是将压电传感器的电荷信号转换成电压信号； 3、东华DH5922动态信号测试分析仪，主要用来采集振动传感器输出的电信号，并将其转换成数字量传递给计算机。 除了上述传感器和数据采集设备，试验中还用到了用于数据记录的笔记本电脑、锤子和木制简支梁，其参数如下表所示：
第二章测试装置的基本特性 本章学习要求 1.建立测试系统的概念 2.了解测试系统特性对测量结果的影响 3.了解测试系统特性的测量方法 为实现某种量的测量而选择或设计测量装置时，就必须考虑这些测量装置能否准确获取被测量的量值及其变化，即实现准确测量，而是否能够实现准确测量，则取决于测量装置的特性。这些特性包括静态与动态特性、负载特性、抗干扰性等。这种划分只是为了研究上的方便，事实上测量装置的特性是统一的，各种特性之间是相互关联的。系统动态特性的性质往往与某些静态特性有关。例如，若考虑静态特性中的非线性、迟滞、游隙等，则动态特性方程就称为非线性方程。显然，从难于求解的非线性方程很难得到系统动态特性的清晰描述。因此，在研究测量系统动态特性时，往往忽略上述非线性或参数的时变特性，只从线性系统的角度研究测量系统最基本的动态特性。 2.1 测试系统概论 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。当测试的目的、要求不同时，所用的测试装置差别很大。简单的温度测试装置只需一个液柱式温度计，而较完整的动刚度测试系统，则仪器多且复杂。本章所指的测试装置可以小到传感器，大到整个测试系统。 玻璃管温度计 轴承故障检测仪 图2.1-1 在测量工作中，一般把研究对象和测量装置作为一个系统来看待。问题简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。常见系统分析分为如下三种情况： 1)当输入、输出能够测量时(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。－系统辨识 2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。－系统反求 3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。－系统预测 图2.1-2 系统、输入和输出 2.1.1 对测试系统的基本要求 理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线性关系最佳。许多实际测量装置无法在较大工作范围内满足线性要求，但可以在有效测量范围内近似满足线性测量关系要求。一般把测试系统定常线性系统考虑。 2.1.2 线性系统及其主要性质 若系统的输入x(t)和输出y(t)之间的关系可以用常系数线性微分方程来描述 a n y(n)(t)+a n-1y(n-1)(t)+…+a1y(1)(t)+a0y(0)(t) = b m x(m)(t)+b m-1x(m-1)(t)+b1x(1)(t)+b0x(0)(t) (2.1-1)
第4章测试系统的基本特性 4．1 知识要点 4.1.1测试系统概述及其主要性质 1.什么叫线性时不变系统？ 设系统的输入为x (t )、输出为y (t )，则高阶线性测量系统可用高阶、齐次、常系数微分方程来描述： )(d )(d d )(d d )(d 01111t y a t t y a t t y a t t y a n n n n n n ++++--- )(d )(d d )(d d )(d 01111t x b t t x b t t x b t t x b m m m m m m ++++=--- （4-1） 式（4-1）中，a n 、a n -1、…、a 0和b m 、b m -1、…、b 0是常数，与测量系统的结构特性、输入状况和测试点的分布等因素有关。这种系统其内部参数不随时间变化而变化，称之为时不变（或称定常）系统。既是线性的又是时不变的系统叫做线性时不变系统。 2.线性时不变系统具有哪些主要性质？ （1）叠加性与比例性：系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和。 （2）微分性质：系统对输入微分的响应，等同于对原输入响应的微分。 （3）积分性质：当初始条件为零时，系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分。 （4）频率不变性：若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号。 4.1.2测试系统的静态特性 1.什么叫标定和静态标定？采用什么方法进行静态标定？标定有何作用？标定的步骤有哪些？ 标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程。 静态标定：就是将原始基准器，或比被标定系统准确度高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励－响应关系的实验操作。 静态标定方法：在全量程范围内均匀地取定5个或5个以上的标定点（包括零点），从零点开始，由低至高，逐次输入预定的标定值（称标定的正行程），然后再倒序由高至低依次输入预定的标定值，直至返回零点（称标定的反行程），并按要求将以上操作重复若干次，记录下相应的响应－激励关系。 标定的主要作用是：确定仪器或测量系统的输入－输出关系，赋予仪器或测量系统分度
第9章结构动力性能及试验技术 结构动力性能包括结构的自振频率、振型、阻尼比、滞回特性等，是结构本身的特性。在进行结构抗震设计和研究结构的地震反应时必须同时了解和掌握地震动的特性和结构动力性能。关于地震动的特性在前面已讲，下面介绍结构的动力特性和为获得这些特性所需的相关试验技术。 9.1地震作用下结构的受力和变形特点 地震作用下结构的受力和变形是复杂的时间过程，其主要特点体现在以下三个方面：1、低频振动 结构的自振频率（基频）范围较窄，一般在0.05s～15s（20Hz～0.07Hz）之间，例如， 0.05s—基岩上的设备、单层房屋竖向振（震）动时； 15s—大跨度悬索桥。 在结构的地震反应中，高阶振型有影响，但第一振型，或较低阶振型所占的比例较大，因此结构的整体反应以低频振动为主。 2、多次往复（大变形） 在地震作用下，结构反应可能超过弹性，产生大变形，并导致结构的局部破坏。地震作用是一种短期的往复动力作用，其持续时间可达几十秒到一、二分钟，结构的反应可以往复几次或者几十次，在往复荷载作用下，结构的破坏不断累加、破坏程度逐渐发展，可经历由弹性阶段→开裂（RC，砖结构）→屈服→极限状态→倒塌的过程，称为低周疲劳。 在地震作用下结构的变形（位移）速度较低，约为几分之一秒量级。 而爆炸冲击波：正压，负压为一次，无往复，材料快速变形（为毫秒量级）； 车辆荷载：多次重复，但应力水平低（无屈服），高周次（>100万次）。 3、累积破坏 地震造成的结构积累破坏可以表现在以下三中情况中： ① 一次地震中，结构在地震作用下发生屈服，以后每一个振动循环往复都将造成结构破坏积累。 ② 主震时，结构发生破坏，但未倒塌；余震时，结构变形增加，破坏加重，甚至发生倒塌。 ③ 以前地震中结构发生轻微破坏，未予修复；下次地震时产生破坏严重。 从结构地震反应的特点可以看出，要正确进行结构地震反应分析计算，必须了解结构的阻尼，振型，自振频率等基本动力特性，同时必须研究材料、构件和结构的强非线性或接近破坏阶段的动力特性，以及强度与变形的发展变化规律等。
江苏省工程建设标准DGJ JXXXXX-2010DGJ32/JXX-2010 工程结构动力特性及动力响应检测技术规程 Technical specification for testing dynamic characteristic and dynamic response of engineering structures 2010-XX-XX发布2010-XX-XX实施江苏省建设厅审定发布 江苏省工程建设标准 工程结构动力特性及动力响应检测技术规程 DGJ32/JXX-2010 JXXXXX-2010 主编单位: 批准单位: 江苏省建设厅 批准日期: 2010年XX月XX日
前言 近年来，结构的安全评估及抗震性能评价越来越受到人们的重视，结构的动力检测由于其自身的优点逐渐成为工程界和学术界十分关注的一个研究领域。结构动力检测方法可不受结构规模和隐蔽的限制，高效模块化、数字化的结构动力响应测量技术为结构动力检测方法提供了有效的技术支持。为规范工程结构动力特性和动力响应检测方法和程序，提高检测结果的可靠性，特编制本规程。 根据江苏省建设厅《关于印发<江苏省2009年度工程建设标准和标准设计图集编制、修订计划>的通知》（苏建科[2009]99号）的要求，规范编制组在前期相关科研的基础上，经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考国内外有关先进标准，开展专题研究、试验研究和典型工程应用，并在广泛征求意见的基础上，制定本规程。 本规程的主要技术内容是：1 总则；2术语和符号；3基本规定；4仪器设备；5工程结构动力特性检测；6工程结构动力响应检测；7检测报告的编写。 本规程在使用过程中如发现需要修改或补充之处，请随时将意见反馈至南京工业大学（南京市中山北路200号，邮政编码：210009），以供今后修订时参考。本标准主编单位、参编单位和主要起草人：主编单位: 主要起草人：
建筑结构试验 一、单项选择题 1. 建筑结构试验是以________方式测试有关数据，反映结构或构件的工作性能、承载能力以及相应 的可靠度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要的依据。 ( ) A.模拟 B.仿真 C.实验 D.计算 2. 普通钢筋混凝土的密度为（） A．22--23kN/m3 B．23--24 kN/m3 C．24--25 kN/m3 D．25--26 kN/m3 3. 超声回弹综合法法检测混凝土强度时，被检测混凝土强度不应低于（） A．2MPa B．5MPa C．8MPa D．10Mpa 4. 结构试验前，应进行预加载，下列论述哪一项不当（） A.混凝土结构预加载值不可以超过开裂荷载值； B.预应力混凝土结构的预加载值可以超过开裂荷载值； C.钢结构的预加载值可以加至使用荷载值； D.预应力混凝土结构的预加载值可以加至使用荷载值。 5.结构试验时，试件的就位形式最符合实际受力状态而应优先采用的是 ( ) A.正位试验 B.反位试验 C.卧位试验 D.异位试验 6.贴电阻片处的应变为1000με，电阻片的灵敏系数K＝2．0，在这个电阻片上应产生的电阻变化率应是下列哪一个( ) A. 0．2％ B．0．4％ C．0．1％ D．0．3％ 7. 钢结构试验时，持荷时间不少于 ( ) 分钟分钟分钟分钟 8. 非破损检测技术可应用于混凝土、钢材和砖石砌体等各种材料组成的结构构件的结构试验中，该技术 ( ) A.会对结构整体工作性能仅有轻微影响
B.会对结构整体工作性能有较为严重影响 C.可以测定与结构设计有关的影响因素 D.可以测定与结构材料性能有关的各种物理量 9. 在结构动力模型试验中，解决重力失真的方法是 ( ) A．增大重力加速度 B．增加模型尺寸 C．增加模型材料密度 D．增大模型材料的弹性模量 10. 下列哪一点不是低周反复试验的优点 ( ) A．设备比较简单，耗资较少 B．在逐步加载过程中可以停下来仔细观察反复荷载下结构的变形和破坏现象 C．能做比较大型的结构试验及各种类型的结构试验 D．能与任一次确定性的非线性地震反应结果相比 11.在结构抗震动力试验中，下列何种加载方法既能较好地模拟地震又有实现的可能 ( ) A．采用机械式偏心激振器激振 B．采用地震模拟振动台 C．采用炸药爆炸模拟人工地震 D．采用电磁激振器激振 12.当对结构构件进行双向非同步加载时，下列图形反映X轴加载后保持恒载，而Y轴反复加载的是（） 13.钻芯法检测混凝土强度时,芯样直径不得小于骨料最大粒径的 ( ) 倍倍倍倍 14.下列哪种方法施加动力荷载时,没有附加质量的影响 ( ) A.离心力加载法 B.自由落体法
一.概述 每个结构都有自己的动力特性，惯称自振特性。了解结构的动力特性是进行结构抗震设 计和结构损伤检测的重要步骤。目前，在结构地震反应分析中，广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法，但需要以确定结构的动力特性为前提。n个自由度的结构体系的振动方程如下： M y(t) C y(t) K y(t) p(t) 式中M、C、K分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，均为n维矩阵；p(t)为外部作用力的n维随机过程列阵；y(t) 为位移响应的n维随机过程列阵；y(t)为速度响应的n维随机过程列阵；y(t)为加速度响应的n维随机过程列阵。 表征结构动力特性的主要参数是结构的自振频率 f (其倒数即自振周期T)、振型 Y(i)和阻尼比_：这些数值在结构动力计算中
经常用到。
任何结构都可看作是由刚度、质量、阻尼矩阵（统称结构参数）构成的动力学系统，结构一旦出现破损，结构参数也随之变化，从而导致系统频响函数和模态参数的改变，这种改变可视为结构破损发生的标志。这样，可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损，进而提岀修复方案，现代发展起来的“结构破损诊断” 技术就是这样一种方法。其最大优点是将导致结构振动的外界因素作为激励源，诊断过程不影响结构的正常使用，能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。从传感器测试设备到相应的信号处理软件，振动 模态测量方法已有几十年发展历史，积累了丰富的经验，振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高，结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测，并可得到比较精确的结构动态特性（如频响函数、模态参数等）。目前，许多国家在一些已建和在建桥梁上进行该方面有益的尝试。 测量结构物自振特性的方法很多，目前 主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测
钢框架模型动力特性试验报告 前言 建筑结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。它的主要内容包括结构的自振频率、振型、阻尼系数等一些基本参数。这些特性是由结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质、构造连接等因素决定，但与外荷载无关，它反应了体系的固有特性。 建筑结构动力特性试验量测结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容，在研究建筑结构的抗震、抗风或抵御其他动力荷载的性能时，都必须要进行结构动力特性试验，了解结构的自振特性。由于它可在小振幅试验下求得，不会使结构出现过大的振动和损坏，因此经常在现场进行结构的实物试验，主要分为人工激振法和环境随机振动法。 建筑物周围大地环境引起结构物振动的地脉动和风称为环境激振。自然地脉动是由海浪、风、交通、机械等自然和人为活动所引起，其位移幅值从千分之几微米到几微米，频带从0.1Hz 到100Hz。通过拾振器测得建筑物脉动反应后，对随机的脉动信号进行数据处理，可得到结构的基频率或较低几阶的频率。可推导出脉动的功率谱峰值，这些峰值对应的频率即为结构的自振频率，而根据计算软件的精度不同，能得出较为精确的前几阶频率的数目也不同。 一．试验目的 1. 了解脉动测试法的基本原理，掌握用脉动法测试结构的固有频率、阻尼及振型的方法； 2. 熟悉常用结构动力特性测试系统的组成和相关仪器的使用方法； 3. 熟悉建（构）筑物动力特性现场实测的基本方法和一些应该注意的问题； 二．工程概况 1. 结构如图1所示：试验结构为一个7层多自由度钢框架，平面内框架尺寸为400mm×105mm，模型板超出框架柱范围，尺寸为500mm×300mm×15mm，每层层高为300mm，每层各有八块95mm×90mm×10mm的铁质的配重。结构材料为 Q235钢，节点处通过连接板和螺栓进行连接，4个框架柱为 8的Q235钢。
第3章习题 测试系统的基本特性 一、选择题 1.测试装置传递函数H （s ）的分母与（ ）有关。 A.输入量x （t ） B.输入点的位置 C.装置的结构 2.非线形度是表示定度曲线（ ）的程度。 A.接近真值 B.偏离其拟合直线 C.正反行程的不重合 3.测试装置的频响函数H （j ω）是装置动态特性在（ ）中的描述。 A ．幅值域 B.时域 C.频率域 D.复数域 4.用常系数微分方程描述的系统称为（ ）系统。 A.相似 B.物理 C.力学 D.线形 5.下列微分方程中（ ）是线形系统的数学模型。 A.225d y dy dx t y x dt dt dt ++= + B. 22d y dx y dt dt += C.22105d y dy y x dt dt -=+ 6.线形系统的叠加原理表明（ ）。 A.加于线形系统的各个输入量所产生的响应过程互不影响 B.系统的输出响应频率等于输入激励的频率 C.一定倍数的原信号作用于系统所产生的响应，等于原信号的响应乘以该倍 数 7.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（ ）。 A.精度 B.灵敏度 C.精密度 D.分辨率 8.一般来说，测试系统的灵敏度越高，其测量范围（ ）。 A.越宽 B. 越窄 C.不变 9.测试过程中，量值随时间而变化的量称为（ ）。 A.准静态量 B.随机变量 C.动态量 10.线形装置的灵敏度是（ ）。 A.随机变量 B.常数 C.时间的线形函数 11.若测试系统由两个环节串联而成，且环节的传递函数分别为12(),()H s H s ，则该系统总的传递函数为（ ）。若两个环节并联时，则总的传递函数为（ ）。
第二章 测试装置的基本特性 测试是具有实验性质的测量，是从客观事物取得有关信息的过程。 本章知识要点及要求 1、掌握线性系统及其主要特性。 2、掌握测试装置的动态特性及静态特性。 3、掌握一、二阶测试装置的频率响应特性。 4、掌握测试装置的不失真测试条件。 第一节 概述 一、 重点内容 1、测试装置的基本要求 测试装置的基本特性主要讨论测试装置及其输入、输出的关系。理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入——输出关系。即，对应于某一输入量，都只有单一的输出量与之对应 。知道其中的一个量就可以确定另一个量。 2、线性系统及其主要性质 线性系统的输入)(t x 与输出)(t y 之间的关系可用下面的常系数线性微分方程来描述时，则称该系统为时不变线性系统，也称定常线性系统。式中t 为时间自变量， n a 、 1 -n a 、…、 1a 、0a 和n b 、1-n b 、…、1b 、0b 均为常数。
)()()()()()()()(011 11011 11t x b dt t dx b dt t x d b dt t x d b t y a dt t dy a dt t y d a dt t y d a m m m m m m n n n n n n ++++=++++------ΛΛ 线性时不变系统的主要性质： 1）叠加原理特性 若()()()()t y t x t y t x 2211→→ 则 ()()[]()()[]t y t y t x t x 2121±→± 2）比例特性 若()()t y t x → 则 ()()t ay t ax → 3）系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数 ()()dt t dy dt t dx → 4） 如系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分。 ()()dt t y dt t x t t ?? →0 5）频率保持性 二、 测试和测试装置的若干术语（自学）