定向钻进实验指导书Word文档格式.docx

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2简述BD-14定向仪结构、工作原理；

3分析BD-14定向仪井下探管上斜口引鞋为什么必须按180角顺时针相对探管母线安装固定。

工程地质勘察技术方法试验教学大纲一、目的与要求配合课堂理论教学，要求学生动手完成有关土的性质指标测试试验，以加深学生对土的工程地质性质的理论认识和感性认识，培养学生岩土工程勘察的能力。

二、实验内容及提纲1静力触探试验、十字板剪切试验要求：

认识和掌握静力触探试验、十字板剪切试验的测试原理、操作要点、成果资料整理分析方法，计算测试土层的承载力、压缩模量变、不排水抗剪强度。

主要试验器具：

手摇链式静力触探十字板剪切两用仪87型静探数显仪单桥探头双桥探头四芯电缆线等。

2标准贯入试验、旁压试验要求：

了解标准贯入试验、旁压试验的试验器具、试验过程、试验成果应用。

工程检测技术实验指导书一、ZCY-1型综合传感器简介ZCY-1型综合传感器实验仪主要用于各大专院校开设的“传感器技术”、“工业自动化控制”、“非电量电测技术”、“工程检测技术”等课程的教学实验。

ZCY-1型综合传感器实验仪主要分三个部分。

试验台部分、激励源、及显示部分和处理电路部分。

试验台部分设有压阻式（箔式应变片、半导体应变片）、差动变面积电容式、电涡流式、差动螺管电感式（差动变压器）、半导体霍耳式、压电式、磁电式、热电偶等各类传感器。

位移可通过激振器驱动梁的振动（动态实验）和旋动测微头（静态实验来实现）。

激励源及显示部由0.910KHZ、330HZ信号发生器、直流稳压电源及数字式电压/频率表组成。

信号发生采用大规模数字集成电路，单联电位器调频，设计新颖独特，具有稳幅好、失真小、频带宽，工艺简便、稳定可靠等优点，克服了文氏电桥组成信号发生器所具有的相应缺陷。

数字电压表显示读数更加精确、设立频率表使得实验更为方便，且为实验室节约投资。

处理电路部分有：

电桥、差动放大器、电容变换器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、电荷放大器、低通滤波器等。

作为实验仪器、各电路均有短路保护功能，许多传感器尽可能做成透明，以便学生有直观的认识，测量线路用定制的接触电阻极小的迭插式连线连接，方便且直观。

二、性能和技术参数1试验台部分：

试验台上装有一应变梁，应变梁上装有热电偶、加热器，压电式传感器，梁上贴有受力方向不同的六片箔式应变片（其中两片为补偿片），两片半导体应变片，梁的顶端装有一位移平台，平台周围装有差动变面积式电容传感器、电涡流式传感器、半导体霍耳式传感器、差动螺管电感式（差动变压器）传感器等，梁的下面装有磁电式传感器及一个激振线圈。

位移平台上方装有一测微头，可作静态标定用，测微头中间为一磁铁，旋动测微头，可使位移平台上下位移。

各器件详介如下：

（1）应变梁：

应变梁采用双平行梁结构，材料：

钢。

固有频率设计在15HZ左右，以便用较小能量，即能驱动梁的振动。

（2）应变片：

标称阻值：

350灵敏系数：

2粘贴位置：

上下面各三片处于受力状态，各一片补偿。

（3）差动变面积式电容传感器：

由两极板式电容组成，C=S/其中介电常数；

S极板覆盖面积；

极板间距。

动片状在位移平台上，当位移量为X时，C=（S+S）/-（S-S）/=2S/。

其中S=XLL极板覆盖宽度。

（4）电涡式传感器：

为一扁平线圈装在有机玻璃内，由屏蔽线引出，为克服趋肤效应，线圈由多股漆包线绕成，线性范围为1mm。

（5）半导体霍耳式传感器：

由两个半园形永久磁钢组成的梯度磁场，和一片半导体霍耳片组成，线性范围：

2mm。

（6）差动螺管电感式（差动变压器）传感器：

由三组线圈及纯铁组成，外部罩以有机玻璃。

（7）磁电式传感器：

由一个空心线圈和一根永久磁钢组成。

（8）压电式传感器：

由质量块和压电陶瓷组成，封装于有机玻璃内，屏敝线引出。

（9）热电偶：

由铜康铜丝组成。

（10）激振器：

由一个空心线圈及一根永久磁钢组成，使用时，按下激振器按钮，330HZ低频信号就送到该线圈上，使梁及位移平台产生330HZ的振动。

（11）加热器：

由电热丝组成，使用时，按下加热器按钮，电热丝两端就送入20V的整流电源。

2激励源、激振信号及显示部分这部分设有0.910KHZ音频信号、330HZ低频信号发生器，直流稳压电源，3.5倍电压表和频率表，总电源开关在该面板右端。

详见如下：

（1）音频信号发生器：

独特的设计，大规模集成电路组成，单联指数型电位器调频。

输出口：

3个0，180及功率（LV）输出（0）。

频率范围：

0.910KHZ连续可调。

输出电压：

Vpp020V边疆可调（空载）。

LV输出Vpp：

10V（空载）最大输出电流（LV）：

0.5A（有效值）。

幅度稳定度：

5%失真度：

3%

（2）低频信号发生器：

大规模集成电路组成，单联指数型电位器调频。

1个、用于频率监测或作他用，另有一路通过按钮直接接到激振器上。

330HZ连续可调。

Vpp020V连续可调（空载）。

最大输出电流：

3%（3）直流稳压电源：

010V挡距2V稳压系数：

0.1%输出电流：

0.2A纹波：

10mV限充保护。

（4）显示部分：

显示部分为三位半显示器组成的V/F表，上有一V/F转换按钮和一转换量程的三档转换开关。

电压表部分：

量程：

200mV、2V、20V三档精度：

3%输入阻抗：

10M自动调零。

输入极限50V。

频率表部分：

2KHZ，20KHZ二档。

精度：

3%灵敏度：

5mV输入阻抗：

500K3处理电路部分：

处理电路共有：

电桥、差动放大器、电容变换器、涡流变换器、相检敏波器、移相器、电荷放大器、电压放大器、低通滤波器等组成，用以处理和变换本仪器上各传感器的信号，各单元电路15V供电，内部已通过面板上的八个按钮连接好，使用某个单元时，只要按下按钮即可，另外，各传感器的引线也连接到该面板上，使用时，只要用本仪器所附的接插线连接即可。

各单元详介如下：

（1）电桥：

用于组成应变电桥和调平衡网络。

（2）差动放大器：

集成运算放大器组成的增益可调的交直流放大器。

可接成同相、反相及差动放大器，增益1100倍。

（3）电容变换器：

由高频方波信号发生器、放大器、充放电装置及滤波电路组成。

用于变换电容式传感器的信号。

（4）涡流变换器：

由高频振汤器和检波器组成，系变频调幅式电路，用于处理电涡流传感器的信号。

（5）相繁检波器：

由运入构成的极性反转电路组成。

（6）移相器：

由运入构成的RC移相电路。

移相范围：

80（KHZ）（7）电荷放大器：

由运放组成的电容反馈电路，用于变换压电式传感器的信号。

（8）电压放大器。

由运放组成的高输入阻抗放大器，用于变换压电式传感器的信号。

（9）低通滤波器：

由50HZ陷波器，有源二阶低通滤波器和带阻滤波器组成030HZ增益为2。

4使用电源、功率：

电源：

AC220V50/60HZ必须接地。

功率：

200W/（max）三、实验内容1金属箔式应变片性能单臂单桥实验目的：

了解金属箔式就变式，单臂单桥的工作原理和工作情况所需单元及部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头、V/F表。

旋钮初始位置：

直流稳压电源打到OV档，V/F表打到V20V档，差动放大增益旋钮打到最大。

实验步骤：

（1）观察梁上的应变片。

接通总电源，及差动放大器电源。

（2）将差动放大器调零，方法是用导线将正负输入端与地端连接起来，然后将输出端接到电压表的输入插口，调整差动放大器上的调零旋钮使表头指为示零。

（3）根据图1的电路结构，利用电桥单元上的接线柱和调零用导线连接好测量线路（差动放大器接成同相反相均可。

）（4）装上测微头，旋紧固定螺钉，转动测微头，使梁处于水平位置（目测）。

（5）将直流稳压电源开关打到4V档，预热数分钟，调整电桥平衡电位器，使表头指示为零。

且逐步将电压表量程转换到200mV。

或2V档。

（6）旋动测微头，记下梁端位移与表头显示电压的数值，每0.5mm记一个数值。

根据所得结果计算系统灵敏度S，并作出VX关系曲线。

S=V为电压变化，X为相应的梁端位移变化。

位移（mm）电压（mV）注意事项：

（1）电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记。

（见图3）

（2）为确保实验过程中输出批示不溢出，可先将梁调节至最大位移处，如指示溢出，则适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。

（3）做此实验时应将低频振汤器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。

问题：

（1）本实验电路对直流稳压电源有何要求，对放大器有何要求。

（2）根据所给的差动放大器电路原理图，（见图2），分析其工作原理，说明它既可作差动放大，又可作同相或反相放大器。

2金属箔式应变片的温度效应及补偿实验目的：

了解温度对应变测试系统的影响所需单元及部件：

直流稳压电源、差动放大器、电桥、V/F表，测微头、加热器、水银温度计（自备）。

直流稳压电源打到OV档，V/F表打到V200mV档，加热器置OFF，差动放大器增益打到最大。

（1）开启电源，将差动放大器调零。

（2）按图1接线。

直流稳压电源打到4V档。

（3）调节测微头使梁处于水平位置（目测），调整电桥平衡电位器，使输出为零。

（4）将加热器按钮置于ON，观察电压数的变化。

（5）数分钟后，待电压表示值基本稳定后，记下读数。

（6）拆除接线，差动放大器重新调零，将热电偶两引出端接入差动放大器两输入端，读出热电势的值。

过程中，加器热始终工作，差动放大器增益保持不变。

（7）读出水银温度计指示的室温。

（8）根据公式：

Eab（t,t0）=Eab（t,tn）+Eab（Tn,t0）及所附铜康铜热电偶分度表，求出工作端温度。

其中：

t工作端温度tn室温t00。

差动放大器增益为最大100倍（9）求出系统的温度漂移值V/T（10）将图1中的R3换成补偿片，重复以上实验，并与上面的结果进行比较。

接好线后，必须预热分钟，以剔除零漂影响。

3金属箔式应变片：

单臂、半桥、全桥比较实验目的：

验证单臂、半桥、全桥的性能。

所需单元和部件：

直流稳压电源、差动放大器、电桥、V/F表、测微头。

有关旋钮的初始位置：

直流稳压电源打到OV档，V/F表打到V200mV档，差动放大器增益打到最大。

（1）按实验一方法将差动放大器调零。

（2）按图4接线，图中R4为工作片，r及w1为调平衡网络。

（3）调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到4V档。

选择适当的放大增益。

然后调整电桥平衡电位器，使表头指零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。

（4）向上旋转测微头使梁向上移动每隔1mm读一个数，钭测量数值填入下表：

X（mm）V（mV）（5）保持放大器增益不变，将R3换为R4工作状态相反的另一应变片，形成半桥，调好零点，同样测出读数，填入下表：

X（mm）V（mV）（6）保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个电阻换成另两片工作片，接成一个直流全桥，调好零点，将读出数扑克填入下表：

位移电压（7）在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。

注意事项：

（1）在更换应变片时应将直流稳压电源打到OV档。

（2）在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将量程扩大。

（3）在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。

（4）直流稳压电源不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。

（5）接全桥时请注意区别各片子的工作状态与方向，不得接错。

4金属箔式应变片交流全桥实验目的：

了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况单元及部件：

音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、V/F表、测微头旋钮初始位置：

音频振荡器5HKz，幅度关至最小，V/F表打到V档2V差动放大器增益旋至最大。

（1）按实验一的方法将差动放大器调零。

（2）从试验台上引出四片金属箔式应变片，在电桥单元上组成全桥（注意应变片的相对受力状态）。

（3）按图7的电路搭成工作电桥，图中R1R4为应变片，W1W4、C、r为调平衡网络，电桥激励必须从LV插口输出。

（4）将音频振荡器的幅度旋至最大位置。

根据实验四方法调整好移相器。

（5）装上测微头，旋紧固定螺钉，旋动测微头使梁处于水平位置（目测）。

调整W1与W2使电压表指零。

由此可见：

在交流电桥中，必须有两个可调参数才能使电桥平衡，这是因为电路存在杂电容等而引起的。

（6）旋转测微头，每隔0.50mm读数，并填入下表：

X（mm）V（mV）根据所得数值，作出X-V曲线，并与前面直流电桥的结果相比较。

（1）本实验也可用示波器观察各环节的波形。

（2）组桥时应注意应变片的受力状态，使桥路正常工作。

（3）差动放大器必须接成差动放大状态。

（4）如果紧接着做下面的实验，则不要变动音频振荡器的幅度旋钮及差动放大器的增益旋钮。

（5）如电压表跳动较大，请适当调整差动放大器之调零电位器。

5交流全桥的应用振幅测量本实验说明交流激励的金属箔式应变电桥的应用。

所需单元：

音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、低频振荡器，V/F表，双线示波器（自备），有关旋钮的初始位置：

音频振荡器2KHZ，幅值最大，差放增益最大（差放应先调零）。

（1）电路图7可接线，得出灵敏度（可以直接利用实验五的结果，注意放大倍数和激励电压不能变）。

（2）取下测微头，调节W1W2使输出为零。

（3）开启示波器，准备观察差动放大器，低通滤波器的输出波形。

（4）按下激振器按钮，将幅度旋钮至适当位置，此时低频振荡器的输出接到激振器的输入端，双平行梁开始振动，将幅度旋到适中位置。

（5）用示波器观察波形，并描下大致形状：

低通滤波器输出波形：

差动放大器输出状形：

（6）固定低频振荡器的幅度旋钮，调节频率，调节时用F表监测，用示波器读出低通滤波器的输出电压峰-峰值，填入下表：

f（Hz）34567810122030Vo-p-p（v）根据实验可知，梁的自振频率大致为Hz。

（1）低频振荡器的幅度旋钮应控制在不使梁的自由端碰到激振线圈架为宜。

（2）必须根据低通滤波器的输出信号来调整扫描时间，否则从差动放大器佃出的波形不能看出调幅现象。

（3）为了减少干扰，差动放大器的地必须与电桥及音频振荡器的地相连接。

（4）如果从低通滤波器输出的波形不光滑或线条太粗，则适当调节差动放大器的调零电位器。

6交流全桥的应用电子秤之一实验目的：

了解交流供电的金属箔式应变电桥的实际应用所需单元及部件：

音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、低通滤波器、V/F表、砝码实验步骤：

（1）按图7接线，调好移相器。

（2）将系统调零（3）在位移台上加不同重量的砝码进行标定，将结果填入下表：

W（g）V（v）（4）在位移台上加上一个重量未知的重物，记上电压表的读数；

（5）根据实验结果，得出重物的重量。

（1）砝码应尽量放在位移台正中间。

（2）在悬壁梁系统的自由端部不得有与外部相碰擦的情况。

要将这个电子秤方案投入实际应用，你认为哪些部分需要改进？

7差动变压器性能实验目的：

了解差动变压器的原理及工作情况。

所需单元及部件：

音频振荡器、测微头、双线示波器（自备）有关旋钮初始位置：

音频振荡器4KHZ，双线示波器第一通道灵敏度500mv/cm，第二通道灵敏度10mv/cm，触发选择打到第一通道。

（如使用探头，灵敏度相应改变）实验步骤：

（1）按图8接线，音频振荡器必须从Lv接出。

（2）调整音频振荡器幅度旋钮，使音频Lv信号输入到初级线圈的电压为峰峰2伏。

（3）旋动测微头，从示波器上读出次级输出电压的峰峰值填入下表：

X（mm）V0p-p（v）读数过程中应注意初、次级波形的相位关系：

当铁芯从上至下时，相位由相变为相。

（4）仔细调节测微头使次级的差动输出电压为最小，必要时应将通道二的灵敏度打到较高档，如：

2mv/cm，这个最小电压叫做，可以看出它与输入电压的相位差约为，因此是正交分量。

（5）根据所得结果，画出（Vop-pX）曲线，指出线性工作范围，求出灵敏度，更一般地，由于灵敏度还与激励电压有关，因此：

（1）差动变压器的激励源必须从音频振荡器的电源输出插口（Lv插口）输出。

（2）差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式。

（3）差动变压器与与波器的连线应尽量短一些，以避免引入干扰。

8差动变压器零点残余电压的补偿实验目的了解残余电压的补偿及其方法。

音频振荡器、测微头、电桥、差动放大器、双线示波器（自备）有关旋钮的初始位置：

音频振荡器4KHZ，双线示波器第一通道灵敏度500mv/cm，第二通道灵敏度1v/cm，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到最大。

（1）利用示波器，调整音频振荡器的输出为2伏峰峰值。

（2）观察差动变压器的结构。

按图9接好线，音频振荡器必须从Lv插口输出，W1、W2、r、c为电桥单元中的调平衡网络。

（3）调整测微头，使差动放大器输出电压最小。

（4）依次调整W1，W2，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头。

（5）将二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压波形相比较。

（1）音频信号必须从LV插口引出。

（2）本实验也可用附图所示线路，试解释原因。

9差动变压器的标定实验目的了解差动变压器测量系统的组成和标定方法所用单元及部件音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头、电桥、V/F表，示波形（自备）有关旋钮初始位置：

音频振荡4KHZ，差动放大器的增益打到最大，V/F表打到V2V档。

（1）按图接好线路

（2）装上测微头，上下调使差动变压器铁芯处于线圈的中段位置。

（3）利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮，使激励电压幅值为峰峰值1.5V。

（4）利用示波器和电压表，调整各调零及平衡电位器，使电压表指零。

（5）给梁一个较大的位移，调整移相器，使电压表指示为最大，同时可用示波器观察相敏检波形的输出波形。

（6）旋转测微头，每隔0.50mm读数记录实验数据，填入下表中。

X（mm）V（mV）作出VX曲线，并求出灵敏度。

如果接着做下一个实验则各旋钮及接不得变动。

10差动变压器的应用振动测量实验目的：

了解差动变压器的实际应用所需单元及部件：

音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、电桥、测微头、低滤通波器、V/F表低频振荡器、激振器、示波器（自备）有关旋钮初始位置：

音频振荡器4KHZ，差动放大器增益旋到最大。

（1）按图10接线，并调整好有关部分。

（2）利用示波器，使音频振荡器的输出为峰峰1.5V。

（LV）（3）按下激振器接钮，适当旋动幅度旋钮。

（4）保持低频振荡器的幅度不变，用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰峰电压值，记下实验数据，填入下表：

f（Hz）34567810122030Vop-p（v）根据实验结果作出梁的振幅频率特性曲线，指出自振频率的大致值，并与用应变片测出的结果相比较。

适当选择低频激振电压，以免梁在自振频率附近振幅过大。

如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何。

11差动变压器的应用电子秤之二实验目的：

了解差动变压器的实际应用。

音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、V/F表、电桥、砝码有关旋钮初始位置：

音频振荡器4KHZ、V/F表打到V200mv档实验步骤：

（1）按图10接线并调整好电路各个部份的零位。

（2）利用示波器。

使音频振荡器的幅度为峰峰2伏。

（3）将测量系统调零。

（4）适当调整差动放大器的放大倍数，使当在秤重平台上放上一定数量的砝码时表指示不溢出。

（5）去掉砝码，必要的话将系统重新调零。

然后遂个加上砝码，读出表头读数，记下实验数据，填入下表：

W（g）V（v）（6）去掉砝码，在平台上放一个重量未知的重物，记下电压表读数。

（7）利用所得数据，求得系统灵敏度及重物的重量。

（1）砝码不宜太重，以免梁端位移过大。

（2）砝码应