部分自动化监测设备工作原理介绍

一、振弦应变计

振弦式应变计的工作原理是基于弦的振动特性。当外力作用于弦上时，弦会发生变形，导致弦的振动频率和振幅发生改变。通过测量这种变化，可以确定应变的大小。

振弦式应变计通常由一个固定的金属弦和一个与之相连的测量装置组成。当外力作用于金属弦时，弦会发生微小的变形。这种变形会导致弦的张力发生改变，进而影响弦的振动频率和振幅。测量装置一般采用电磁感应原理。当弦振动时，弦的运动会产生相应的磁场变化。这个磁场变化可以通过感应线圈来检测和测量。感应线圈中的磁场变化会导致感应电动势的变化，从而可以通过测量感应电动势的变化来确定弦的振动情况。

在具体应用中，振弦式应变计通常被固定在被测结构上，并测量结构在受到外力作用下的应变。当结构发生变形时，应变计的弦也会相应地变形，进而改变其振动特性。通过测量这种变化，可以确定结构应变的的大小和方向。

振弦式应变计具有高灵敏度、高精度和可靠性高等优点。它不仅可以用于结构健康监测，还可以用于材料力学性能测试等领域。然而，振弦式应变计也存在一些局限性，例如需要复杂的信号处理和数据分析技术，以及可能受到环境噪声和干扰的影响。

二、磁致伸缩静力水准仪

磁致伸缩静力水准仪的工作原理是基于磁致伸缩效应。磁致伸缩效应是指铁磁质中磁化方向的改变会引起介质晶格间距的改变，从而使得铁磁质的长度和体积发生改变的现象。磁致伸缩液位传感器是利用磁致伸缩效应，利用两个不同磁场相交时产生的应变脉冲信号被检测到的时间来计算出磁场相交点的准确位置，从而测量出液位的高度。

在磁致伸缩液位水准仪的传感器测杆外配有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。在浮子内部有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。

三、拉线式位移计（裂缝计）的工作原理

拉线式位移计的工作原理是通过拉线的伸长或缩短程度来测量物体的位移。它基于胡克定律和杠杆原理。根据胡克定律，拉线的伸缩量与物体受力的大小成正比。当物体受到作用力时，拉线会受到相应的拉力，从而发生伸缩。根据杠杆原理，通过改变滑轮和刻度盘的直径比例，可以放大拉线的伸缩量，提高测量的灵敏度。

具体来说，当物体发生位移时，拉线会受到拉力的作用，拉力传感器会将拉线上的拉力转化为相应的电信号。这个电信号会被送入显示仪表进行处理和显示。显示仪表会根据电信号的大小，计算出拉线的伸长或缩短程度，并将其转化为物体位移的数值。

四、机械式风速风向传感器

风向传感器：利用气动力学原理，当风吹到物体上时，会产生一个压力差，从而使物体发生偏转或旋转。其结构通常由一个标志性的方向指针、顺应风向的叶轮或风叶组成，在风的作用下，风叶将产生距离中心轴线的摇摆，进而带动方向指针指向风的方向。

风速传感器：空气流动产生的风力推动传感器旋转，中轴带动内部感应元件产生脉冲信号，在风速测量范围内，风速与脉冲频率成一定的线性关系

五、倾角仪

倾角仪的工作原理基于重力的作用。当倾角仪被放置在一个倾斜的平面上时，重力总是垂直于这个平面。设倾角仪的长轴与倾斜平面相平行，任何一点的前、后、左、右的重力分力在这四个方向都相等，产生的合力与重力方向相同。此时重力方向与倾角仪装置长轴垂直，在这个方向上的成分即为gcos(θ)，其中g为重力加速度，θ为所求角度。

此外，倾角仪还可能基于水平气泡管的原理。当气泡位于液体中心时，说明仪器处于水平状态。倾角仪利用了这一原理，并加以改进，使其能够测量物体在各个方向的倾斜角度。

倾角仪一般由一个外壳和内部的倾角传感器组成。倾角传感器通常是基于MEMS技术制造的微型倾角传感器，它包含了加速度计和陀螺仪等传感器，并通过计算得出物体的倾斜角度。倾角仪的外壳通常是由耐磨、耐腐蚀的材料制成，以保护倾角传感器免受外界环境的干扰。

倾角仪的工作原理是通过测量物体在各个方向上的加速度和角速度来计算倾斜角度。倾角仪内部的传感器会感知到物体受到的加速度和角速度，并将这些数据传输到处理器中进行处理。处理器会根据传感器的数据计算出物体在水平面上的倾斜角度。