《應變測量方法》課件

應變測量方法應變測量方法是工程學和材料科學中重要的測量技術，用于測量材料或結構在載荷作用下的變形量。本課件將介紹應變測量方法的基本原理、常用測量技術以及應用實例，幫助您更好地理解應變測量及其應用。應變概述結構變形應變是材料在外力作用下產(chǎn)生的形變，反映了結構的受力狀態(tài)。應力分析測量應變可以計算材料內(nèi)部的應力，評估結構的安全性。物理量測量應變傳感器可以測量壓力、溫度等物理量，廣泛應用于工業(yè)領域。1.1應變定義變形應變是指物體在受力后發(fā)生的變形，通常用長度變化量與原長度的比值表示。測量應變測量是通過測量物體變形來判斷物體內(nèi)部應力的重要手段。應用應變測量廣泛應用于機械、土木、航空航天等領域，用于評估結構的安全性和可靠性。1.2應變測量應用11在機械工程中，應變測量是關鍵，用于分析結構受力狀態(tài)。例如，評估橋梁結構的受力情況，確保其安全運行。22應變測量應用于航空航天領域，對飛機機身和機翼進行應變監(jiān)測，確保飛行安全，提高飛機設計效率。33應變測量在土木工程中發(fā)揮著至關重要的作用。例如，監(jiān)測高層建筑的結構應變，確保建筑物的穩(wěn)定性和安全性。44應變測量在醫(yī)療領域也有應用。例如，用于監(jiān)測人體骨骼的應變情況，輔助骨骼疾病診斷和治療。2.應變測量方法應變測量是通過測量物體變形來了解物體受力情況的一種技術。廣泛應用于航空航天、機械制造、土木工程等領域。2.1電阻應變法電阻應變法概述電阻應變法是一種利用應變片將機械應變轉換為電阻變化的測量方法。應變片是將電阻應變傳感器粘貼在被測物體表面，當物體受力發(fā)生形變時，應變片上的電阻值發(fā)生變化，從而反映物體的應變。電阻應變法原理電阻應變法基于電阻應變效應，即材料的電阻值會隨其長度和橫截面積的變化而變化。應變片由金屬絲或箔片制成，并粘貼在被測物體表面。當物體受力發(fā)生應變時，應變片的長度和橫截面積發(fā)生改變，導致電阻值發(fā)生變化。2.2電容應變法原理電容應變法利用材料的電容變化來測量應變。電容值受材料的幾何形狀和介電常數(shù)影響。傳感器結構電容應變傳感器通常由兩塊平行金屬板構成。當材料發(fā)生形變時，兩塊金屬板之間的距離發(fā)生變化，導致電容值改變。測量方法通過測量電容的變化量，可以計算出材料的應變。常用的測量方法包括電橋法和頻率法。2.3光學應變法11.光學干涉法利用光束干涉原理，通過測量干涉條紋的變化來測定應變。該方法精度高，不受環(huán)境影響，適合于高精度測量。22.光柵法使用刻有光柵的應變計，通過測量光柵的位移變化來測定應變。該方法應用廣泛，操作簡單，成本較低。33.光纖法利用光纖傳感器，通過測量光纖中光波的變化來測定應變。該方法具有抗電磁干擾、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點，適用于惡劣環(huán)境中的應變測量。3.電阻應變法電阻應變法是最常見的應變測量方法之一，廣泛應用于工程領域。該方法利用電阻應變片的電阻變化與應變之間的關系來測量應變。3.1應變片工作原理電阻變化應變片粘貼在被測物體表面，當物體發(fā)生形變時，應變片上的電阻絲也會發(fā)生形變，從而導致電阻值變化?；菟雇姌驊兤ǔＥc電橋電路連接，電阻變化會改變電橋的平衡狀態(tài)，產(chǎn)生電壓輸出。應變測量通過測量電橋輸出的電壓變化，可以計算出被測物體的應變值，進而確定其應力、載荷等信息。3.2應變片類型金屬應變片最常見類型，采用金屬箔制成。響應快，靈敏度高，但易受溫度影響。半導體應變片以半導體材料制成，具有高靈敏度和高輸出，但受溫度變化影響大。陶瓷應變片具有高穩(wěn)定性和耐溫性，適用于高溫和惡劣環(huán)境，但靈敏度較低。其他類型還有如光纖應變片和薄膜應變片等，根據(jù)應用需求選擇。3.3應變片安裝1清潔表面去除油污和雜質(zhì)2粘貼應變片使用專用膠粘劑3固定應變片確保牢固可靠4接線和封裝連接導線和封裝應變片安裝是應變測量中的關鍵步驟，直接影響測量結果的準確性。4.電阻應變法測量電阻應變法是一種常用的應變測量方法，利用應變片將機械應變轉換為電阻變化，進而測量應變。4.1電阻應變測量電路1應變片橋路應變片橋路是一種將應變片的變化轉化為電信號的電路，由四個應變片組成，每個應變片連接到橋路的其中一個臂上。2激勵電源激勵電源為應變片橋路提供穩(wěn)定的電壓或電流，使橋路工作在最佳狀態(tài)。3信號放大器信號放大器將應變片橋路輸出的微弱信號放大，以便進行后續(xù)的測量和分析。4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于采集放大后的信號，并將其轉換為數(shù)字信號，以便進行存儲和處理。4.2電橋電路1惠斯通電橋測量應變片的核心電路2電橋平衡無應變時，電橋平衡3應變變化應變引起電阻變化，導致電橋失衡4電壓輸出失衡電壓與應變成正比惠斯通電橋是應變測量中常用的電路形式，其原理是利用應變片電阻變化來測量應變。電橋平衡時，輸出電壓為零。當應變片受到應變時，其電阻會發(fā)生變化，導致電橋失衡，產(chǎn)生輸出電壓。輸出電壓與應變成正比，因此可以通過測量輸出電壓來計算應變。4.3應變測量系統(tǒng)傳感器應變測量系統(tǒng)主要由應變片、電橋電路、放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、顯示器等組成。信號調(diào)理應變片產(chǎn)生的微弱信號需要經(jīng)過放大和濾波處理，才能被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)識別。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將處理后的信號轉換成數(shù)字信號，并進行存儲和分析。數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，并根據(jù)結果進行相應的判斷和決策。顯示顯示系統(tǒng)將分析結果以直觀的方式呈現(xiàn)給用戶，例如圖形、表格等。5.電容應變法電容應變法利用電容變化測量應變，是一種無損測量方法。該方法基于電容與極板距離和介質(zhì)介電常數(shù)的關系。5.1電容應變傳感器結構平行板電容器電容應變傳感器通常采用平行板電容器結構，兩塊金屬板之間形成電場。應變影響當物體發(fā)生形變時，電容器板間距離發(fā)生變化，導致電容值改變。封裝材料電容應變傳感器通常采用高絕緣材料封裝，以確保穩(wěn)定性和靈敏度。5.2電容應變測量11.電容變化應變導致傳感器電容變化22.測量電容使用電容測量儀測量電容變化33.應變計算根據(jù)電容變化計算應變值電容應變法利用應變引起的傳感器電容變化進行測量。傳感器電容的變化與應變大小成正比。電容測量儀可以準確地測量電容變化。根據(jù)電容變化和預先校準的系數(shù)，可以計算出相應的應變值。5.3電容應變法優(yōu)缺點優(yōu)點電容應變法具有高靈敏度，測量范圍廣。該方法不受溫度影響，穩(wěn)定性好，適合用于高精度測量。缺點電容應變法需要高精度的傳感器，成本較高。同時，該方法對環(huán)境要求較高，容易受到電磁干擾影響，需要進行屏蔽和抗干擾措施。光學應變法光學應變法是一種利用光學原理測量應變的方法。該方法具有非接觸、高精度、適用范圍廣等優(yōu)點，廣泛應用于航空航天、機械制造、土木工程等領域。6.1光學應變測量原理1光學應變測量方法利用光學原理測量物體表面變形，是一種非接觸式應變測量方法。2光路變化物體變形時，光路會發(fā)生改變，導致光束偏轉或位移。3應變值計算通過分析光路變化量，可以計算出物體的應變值。6.2光柵式應變計光柵式應變計光柵式應變計是利用光柵原理測量應變的裝置。當物體發(fā)生形變時，光柵刻線發(fā)生位移，導致光柵衍射光的角度發(fā)生變化。通過測量衍射角的變化，可以精確地計算出應變值。反射式反射式光柵式應變計使用反射光柵，通過測量反射光的角度變化來測量應變。這種方法具有較高的測量精度和靈敏度，適用于測量微小應變。透射式透射式光柵式應變計使用透射光柵，通過測量透射光的角度變化來測量應變。這種方法適用于測量較大應變，但測量精度不如反射式高。6.3光學應變法優(yōu)缺點優(yōu)點非接觸式測量，不影響被測物體表面。測量精度高，可達微應變級。缺點設備成本較高，操作較為復雜。對環(huán)境要求較高，光線影響測量精度?？偨Y與展望應變測量技術在科學研究、工程設計和工業(yè)制造等領域發(fā)揮著至關重要的作用。隨著科學技術的發(fā)展，應變測量技術不斷革新，應用范圍不斷擴大。7.1各測量方法比較測量精度電阻應變法精度較高，電容應變法次之，光學應變法精度較低。成本電阻應變法成本最低，電容應變法成本較高，光學應變法成本最高。測量范圍電阻應變法測量范圍較廣，電容應變法測量范圍較窄，光學應變法測量范圍最窄。7.2應變測量發(fā)展趨勢智能化應變測量技術正在朝著智能化的方向發(fā)展，例如將傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術結合，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析。同時，基于人工智能技術的應變測量系統(tǒng)也正在興起，可以自動識別和分析應變數(shù)據(jù)，為工程應用提供更準