角位移传感器4

第 54 卷第 8 期2023 年 8 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.8Aug. 2023第四系地层预应力混凝土管桩承载性状现场试验研究闫楠1，孙淦1，袁炳祥2，范清厚3，岳志兴4，桑松魁1，李方强4，孙建文5，白晓宇1(1. 青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛，266520；2. 广东工业大学 土木与交通工程学院，广东 广州，510006；3. 中国二冶集团有限公司，内蒙古 包头，014010；4. 山东电力建设第三工程有限公司，山东 青岛，266037；5. 山东省核工业二四八地质大队，山东 青岛，266041)摘要：基于印尼某工程15根预应力混凝土管桩(PC 管桩)的单桩竖向抗压、抗拔及水平静载荷试验，分析PC 管桩分别在竖向荷载和水平荷载作用下的承载特征，揭示不同荷载水平下PC 管桩的承载力发挥机制。

基于单桩竖向抗压极限承载力预测模型，对比分析指数曲线模型、双曲线模型及调整双曲线模型的可行性，并对PC 管桩单桩竖向抗压极限承载力进行预测；结合水平静载试验，探讨地基土水平抗力系数的比例系数m 的取值问题。

研究结果表明：PC 管桩单桩竖向抗压承载力主要取决于桩端持力层的支承力，同时也受桩径、桩长的影响较大；PC 管桩的竖向抗拔承载力主要取决于桩侧摩阻力，桩径越大、桩长越长，单桩竖向抗拔承载力越高；PC 管桩水平承载力主要取决于桩侧土体的力学性质。

就本试验而言，指数曲线模型对单桩极限承载力的预测最精确；m 在桩顶水平位移超过10 mm 时变化平稳并逐渐收敛为常数，通过试验结果反推的m 接近甚至超过JGJ 106—2014中推荐m 的上限值。

关键词：预应力混凝土管桩；单桩抗压静载试验；单桩抗拔静载试验；单桩水平静载试验；竖向承载力预测中图分类号：TU473.1 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）08-3273-13Field test study on bearing behavior of the fourth strataprestressed concrete pipe pileYAN Nan 1, SUN Gan 1, YUAN Bingxiang 2, FAN Qinghou 3, YUE Zhixing 4, SANG Songkui 1,LI Fangqiang 4, SUN Jianwen 5, BAI Xiaoyu 1(1. School of Civil Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266520, China;收稿日期： 2022 −09 −27； 修回日期： 2022 −11 −25基金项目(Foundation item)：山东省自然科学基金重点资助项目(ZR2020KE009)；国家自然科学基金资助项目(51708316)；山东省博士后创新项目(201903043)；山东省高等学校科技计划项目(J16LG02) (Project(ZR2020KE009) supported by the Key Program of Natural Science Foundation of Shandong Province; Project(51708316) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(201903043) supported by the Postdoctoral Innovation of Shandong Province; Project(J16LG02) supported by the Higher School Science and Technology Plan of Shandong Province)通信作者：白晓宇，博士(后)，副教授，博士生导师，从事地基基础及城市地下工程研究；E-mail ：********************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.08.029引用格式： 闫楠, 孙淦, 袁炳祥, 等. 第四系地层预应力混凝土管桩承载性状现场试验研究[J].中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(8): 3273−3285.Citation: YAN Nan, SUN Gan, YUAN Bingxiang, et al. Field test study on bearing behavior of the fourth strata prestressed concrete pipe pile[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(8): 3273−3285.第 54 卷中南大学学报(自然科学版)2. School of Civil and Transportation Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;3. China Second Metallurgical Group Co. Ltd., Baotou 014010, China;4. SEPCO Ⅲ Electric Power Construction Co. Ltd., Qingdao 266037, China;5. 248 Geological Brigade of Shandong Nuclear Industry, Qingdao 266041, China)Abstract:Based on the vertical compressive, pull-out and horizontal static load tests of 15 prestressed concrete pipe piles(PC pipe piles) in a project in Indonesia, the bearing characteristics of PC pipe piles under vertical and horizontal loads were studied. The mechanism of bearing capacity of PC pipe piles under different loads was revealed. Based on the prediction model of the vertical compressive ultimate bearing capacity of the single pile, the feasibility of exponential curve model, hyperbolic model and adjusted hyperbolic model was compared and analyzed, and the prediction of vertical compressive ultimate bearing capacity of the PC pipe pile was carried out. Combined with the horizontal static load test, the proportional coefficient m of the horizontal resistance coefficient of foundation soil was discussed. The results show that the vertical compressive bearing capacity of a single pile of PC pipe piles mainly depends on the supporting force of the bearing layer at the pile end, and is also greatly influenced by the diameter and length of the pile. The vertical uplift bearing capacity of the PC pipe pile mainly depends on the size of the pile side frictional resistance. The larger the pile diameter and the longer the pile length, the higher the vertical uplift bearing capacity of a single pile. The horizontal bearing capacity of PC pipe piles mainly depends on the mechanical properties of the soil on the pile side. The exponential curve model has the most accurate prediction of the ultimate bearing capacity of the single pile for the purpose of this test; m changes steadily after the horizontal displacement of the pile top exceeds 10 mm and gradually converges to a constant value. m deduced from the test results is close to or even exceeds the upper limit of m recommended by JGJ 106—2014.Key words: prestressed concrete pipe pile; single pile compressive static load test; single pile uplift static load test; single pile horizontal static load test; vertical bearing capacity prediction通过先张法预应力工艺和离心成型法制成的预应力混凝土管桩(PC管桩)，因其具有单桩承载力高、成桩质量高、施工简单、造价低廉及施工污染小等优点，被大量应用于工业与民用建筑等领域[1−2]。

第四章 传感器原理习题4-1以阻值R =120Ω，灵敏系数K =2.0的电阻应变片与阻值120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V ，并假定负载电压为无穷大，当应变片的应变为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。

4-2 在材料为钢的实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为Ω120的金属应变片R 1和R 2，把这两片应变片接入差动电桥(题图4-2)。

若钢的泊松比μ=0.285，应变片的灵敏系数K =2，电桥的电源电压U i=2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值∆R =0.48Ω，试求电桥的输出电压U 0；若柱体直径d =10mm ，材料的弹性模量211N/m 102E ⨯=，求其所受拉力大小。

题图4-2 差动电桥电路4-3 一台采用等强度的梁的电子称，在梁的上下两面各贴有两片电阻应变片，做成称重量的传感器，如习题图4-3所示。

已知l =10mm ，b 0=11mm ，h =3mm ， 24N/mm 102.1E ⨯=，K =2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压6V ，求其电压灵敏度(K u=U 0/F)。

当称重0.5kg 时，电桥的输出电压U 0为多大?题图4-3悬臂梁式力传感器4-4 有四个性能完全相同的应变片(K =2.0)，将其贴在习题图4-4所示的压力传感器圆板形感压膜片上。

已知膜片的半径R =20mm ，厚度 h =0.3mm ，材料的泊松比μ=0.285，弹性模量211N/m 102E ⨯=。

现将四个应变片组成全桥测量电路，供桥电压U i=6V 。

求：(1)确定应变片在感压膜片上的位置，并画出位置示意图；(2)画出相应的全桥测量电路图；(3)当被测压力为0.1MPa 时，求各应变片的应变值及测量桥路输出电压U 0；(4)该压力传感器是否具有温度补偿作用?为什么?(5)桥路输出电压与被测压力按是否存在线性关系?题图4-4 膜片式压力传感器4-5一测量线位移的电位器式传感器，测量范围为0~10mm ，分辨力为0.05mm ，灵敏度为2.7V/mm ，电位器绕线骨架外径d =0.5mm ，电阻丝材料为铂铱合金，其电阻率为mm Ω103.25ρ4⋅⨯=-。

一、实验目的1. 理解霍尔位移传感器的工作原理。

2. 掌握霍尔位移传感器的安装和调试方法。

3. 分析霍尔位移传感器的性能特点。

4. 验证霍尔位移传感器的测量精度和稳定性。

二、实验原理霍尔位移传感器是基于霍尔效应原理设计的。

当电流通过半导体材料，并受到垂直于电流方向的磁场作用时，在半导体材料的两侧会产生电压，这个电压称为霍尔电压。

霍尔电压的大小与磁感应强度、电流强度和半导体材料的厚度有关。

霍尔位移传感器通常由一个线性霍尔元件、永久磁钢组和测量电路组成。

当传感器沿轴向移动时，由于磁场分布的变化，霍尔元件的输出电压也随之变化，从而实现位移的测量。

三、实验仪器与设备1. 霍尔位移传感器2. 永久磁钢组3. 信号调理电路4. 数据采集器5. 移动平台6. 精密尺四、实验步骤1. 将霍尔位移传感器安装在移动平台上，确保传感器轴线与移动平台轴线一致。

2. 将传感器连接到信号调理电路，并进行电路调试，确保信号输出稳定。

3. 使用数据采集器记录传感器在不同位移位置下的输出电压。

4. 将实验数据与理论计算结果进行对比分析。

5. 改变传感器轴线与磁场方向的夹角，观察霍尔电压的变化，分析传感器的性能特点。

五、实验数据与结果分析1. 实验数据记录表| 位移（mm） | 霍尔电压（mV） | 理论计算值（mV） ||------------|----------------|------------------|| 0 | 0 | 0 || 1 | 0.5 | 0.5 || 2 | 1.0 | 1.0 || 3 | 1.5 | 1.5 || 4 | 2.0 | 2.0 |2. 实验结果分析（1）实验数据与理论计算值基本一致，说明霍尔位移传感器的测量精度较高。

（2）当传感器轴线与磁场方向的夹角为90°时，霍尔电压最大；当夹角为0°时，霍尔电压最小。

这表明霍尔位移传感器的输出电压与传感器轴线与磁场方向的夹角有关。

作业4 位移传感器与位移测试班级：姓名：学号：成绩：一、填空题1、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于，前者利用金属丝的几何变形(应变效应)引起的电阻变化，后者利用半导体材料的电阻率变化(压阻效应)引起的电阻变化。

2、差动变压器式电感传感器的基本原理是利用了电磁感应中的互感现象。

3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用差动工作方式。

4、金属导体置于交流磁场中，导体表层产生闭合的电流，利用该原理制作的传感器称为电涡流传感器。

这种传感器只能测量金属导体物体。

5、光栅式传感器是依靠莫尔条纹的三大特性: 位移的放大特性，栅距误差的平均效应和__莫尔条纹运动与光栅运动的一一对应关系（光栅栅距与莫尔条纹间距的对应关系）__来进行位移的精密测量的。

6、差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上输出电压不为零，这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向可采用差动整流电路或相敏检波电路。

7、电容式和电感式传感器常采用差动式结构，其作用是提高灵敏度，减少非线性度。

二、选择题1. 能够感受湿度的电容式传感器属于变 D 的电容式传感器。

A电阻率 B 相对面积 C 极距 D 介质2. 可变磁阻式传感器的灵敏度S与气隙长度δ有关，δ B灵敏度越高。

A 越大B 越小C 速度越快D 速度越慢3.为了提高自感式传感器灵敏度和线性度，实际应用时常采用D 工作方式。

A同步 B异步 C共模输入 D差动4. 不能用涡流式传感器进行测量的是 D 。

A位移 B材质鉴别 C探伤 D非金属材料5.电阻应变片的输入为 B 。

（A）力（B）应变（C）速度（D）加速度6．为减少变极距型电容传感器灵敏度的非线性误差,应选用 C 类型的传感器为最好。

（A）大间距（B）高介电常数（C）差动式（D）小间距7.金属丝应变片在测量构件应变时，电阻的相对变化主要由 B 来决定的。

C4ISR系统中传感器的应用鲍帮玉摘要：本文介绍了C4ISR系统的基本概念，分析了C4ISR 系统发展的制约因素和瓶颈。

从功能角度讨论和分析了传感器在C4ISR系统中应用的几个方面。

关键词：C4ISR系统；传感器；军事应用中图分类号：E919 文献标识码：A 文章编号：1006-883X(2003)06-0022-04一、引言随着新军事革命在全球范围的形成与发展，人们已渐渐意识到这场深刻变革的核心就是信息化。

在传统战争中，物质和能量是战斗力的标志，也是战斗力形成和提高的决定性因素。

从上个世纪末到本世纪初，以计算机为标志的信息技术得到了迅速的发展。

信息技术已经广泛应用于包括军事领域在内的人类活动的各个领域。

伴随着信息化系统和信息化武器装备的大量出现，信息的作用越来越重要。

与此同时，在技术的推动下新的需求又引导着新的应用系统产生。

C4ISR系统便是军事领域信息化建设过程中的典型产物。

表面上看作战是物质和能量的对抗，但是在信息时代这种对抗是在信息主导下实现的。

战斗力的提升和发挥几乎完全取决于及时的信息收集、处理、传递和使用。

C4ISR系统的主要功能便在于“在正确的时间、正确的地点，提供正确的信息”。

C4ISR系统正常运转的前提是有效的输入信息，而信息的获取在很大程度上是来自于各类传感器。

二、C4ISR概念C4ISR系统，是指挥、控制、通信、计算机、情报、监视与侦察系统的统称。

C4ISR系统在国防体系中的功能是：通过侦察系统和预警监视系统获取信息，经过融合之后作为情报通过传输线路传送给指挥司令部，指挥部做出决策命令后再通过传输线路下达到武器系统，由武器系统在命令的指挥控制下实施对敌作战。

C4ISR系统的概念是从传统的C3I系统概念演变而来的。

以美国为代表的C4ISR系统建设，经历了C2—C3—CIFTW—IC4I—C4ISR的发展过程，近年来正在进入调整、改进、提高、综合一体化C4ISR的阶段。

一体化的C4ISR系统是一个集战场感知、信息融合、智能识别、信息处理、武器控制等核心技术于一体的综合电子信息系统。

《机电一体化技术》试卷(一)一、名词解释(每小题2分，共10分)1. 测量：是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。

2.灵敏度：指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。

即为传感器灵敏度。

S=dy/dx=ΔY/ΔX3. 压电效应：某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。

当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。

4. 动态误差：动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。

5. 传感器：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。

二、填空题（每小题2分，共20分)1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：____内循环____，_____外循环____。

2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括____性能指标系统功能使用条件经济效益。

3. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，【顺序控制器通常用___________ PLC __________________。

4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=孤度，则莫尔条纹的宽度是_______20mm ___________。

5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的_______位置和速度________，使它们同步协调到达目标点。

6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为___。

7. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数_____________增加而减小_________________。

8. 累计式定时器工作时有_______________________ 2 ___________________________。

电感位移传感器原理电感位移传感器是一种常用的位移测量传感器，它利用电感的变化来实现对物体位移的测量。

在工业控制、自动化、机器人等领域广泛应用。

电感位移传感器的工作原理是基于电感量与线圈匝数、线圈面积、磁芯材料和磁场强度之间的关系。

当传感器与被测物体发生位移时，磁场的变化会导致线圈的电感量发生变化，进而产生电信号。

通过测量这个电信号的变化，就可以得到物体的位移信息。

具体来说，电感位移传感器通常由线圈和磁芯组成。

线圈中通以交流电源，产生交变磁场。

当被测物体靠近或远离传感器时，会改变磁场的分布，从而改变线圈的电感量。

这种变化可以通过传感器中的电路进行测量和处理，转换为与位移相关的电信号输出。

电感位移传感器具有许多优点。

首先，它的测量范围广泛，可以覆盖从微米到数米的位移范围。

其次，它具有较高的精度和稳定性，能够实现高精度的位移测量。

此外，电感位移传感器响应速度快，适用于高速运动的物体测量。

最后，它的结构简单、体积小巧，易于安装和集成到系统中。

电感位移传感器在实际应用中有多种类型。

其中，差动电感位移传感器是一种常见的类型。

它由两个线圈组成，一个作为发射线圈，另一个作为接收线圈。

发射线圈产生的磁场经过被测物体后，被接收线圈感应，产生电信号。

通过测量接收线圈的电信号，可以得到被测物体的位移信息。

电感位移传感器还可以根据线圈的结构和布局进行分类。

例如，单线圈电感位移传感器是一种简单的结构，线圈只有一个，适用于一维位移的测量。

而多线圈电感位移传感器则具有多个线圈，可以实现多维位移的测量。

除了上述常见的电感位移传感器，还有一些其他类型的电感位移传感器，如差分电感式传感器、电感谐振传感器等。

电感位移传感器是一种基于电感量变化来测量物体位移的传感器。

它具有测量范围广、精度高、响应速度快等优点，广泛应用于工业控制、自动化和机器人等领域。

随着科技的进步，电感位移传感器的性能将会不断提高，应用领域也会更加广泛。

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第4章 电容式传感器4-1 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？ 答：（1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。

（2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。

（3）变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。

4-2 试述变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及在设计中如何减小这一误差？答：原因：灵敏度S 与初始极距0δ的平方成反比，用减少0δ的办法来提高灵敏度，但0δ的减小会导致非线性误差增大。

采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。

由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。

4-3 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？设计和应用中如何解决这些问题？ 答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。

解决：驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术。

4-4 电容式传感器的测量电路主要有哪几种？各自的目的及特点是什么？使用这些测量电路时应注意哪些问题？4-5 为什么高频工作的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变动？答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。

4-6 简述电容测厚仪的工作原理及测试步骤。

4-7 试计算图P4-1所示各电容传感元件的总电容表达式。

4-8如图P4-2所示，在压力比指示系统中采用差动式变极距电容传感器，已知原始极距1δ＝2δ＝0.25mm ，极板直径D ＝38.2mm ，采用电桥电路作为其转换电路，电容传感器的两个电容分别接R ＝5.1k Ω的电阻后作为电桥的两个桥臂，并接有效值为U1＝60V 的电源电压，其频率为f ＝400Hz ，电桥的另两桥臂为相同的固定电容C ＝0.001μF 。