引言

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代，人們把信息、材料和能源作為社會(huì)文明的支柱。而到現(xiàn)代社會(huì)，材料已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和人民生活的重要組成部分。

材料科學(xué)的發(fā)展在很大程度上依賴于檢測(cè)技術(shù)的提高。每一種新儀器和測(cè)試手段的發(fā)明創(chuàng)造，都對(duì)當(dāng)時(shí)新材料的出現(xiàn)和發(fā)展起到了促進(jìn)作用。檢測(cè)技術(shù)同時(shí)又是控制材料工藝流程和產(chǎn)品質(zhì)量的主要手段，使用傳感器，利用物理、化學(xué)或生物原理探究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等，從而達(dá)到控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在接下來(lái)的文章中我們就陸續(xù)為大家介紹普源精電科技股份有限公司（RIGOL）產(chǎn)品在材料應(yīng)力檢測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用案例。

圖一經(jīng)典應(yīng)力裂紋

應(yīng)力測(cè)試

材料力學(xué)是研究材料力學(xué)性能及其變形規(guī)律的學(xué)科，而應(yīng)變應(yīng)力則是材料力學(xué)中的重要概念。應(yīng)變是材料在受到外力作用下產(chǎn)生的形變量，而應(yīng)力則是材料單位面積上的內(nèi)力。應(yīng)變應(yīng)力的研究對(duì)于材料的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用具有重要意義。

此外，應(yīng)力測(cè)試在建筑學(xué)中也是一個(gè)必不可少的過(guò)程。在這里應(yīng)力測(cè)試一般是指在建構(gòu)筑物施工過(guò)程中，如鋼結(jié)構(gòu)安裝、卸載、改造、加固，混凝土澆筑等過(guò)程，采用監(jiān)測(cè)儀器對(duì)受力結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段，在監(jiān)測(cè)值接近控制值時(shí)發(fā)出報(bào)警，用來(lái)保證施工的安全性，也可用于檢查施工過(guò)程是否合理。

應(yīng)力測(cè)試的方法有以下幾類：

電阻應(yīng)變測(cè)量法：利用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量應(yīng)力；

光彈性方法：利用光的彈性效應(yīng)測(cè)量應(yīng)力；

X射線衍射法：利用X光的衍射現(xiàn)象來(lái)測(cè)量應(yīng)力；

超聲法：利用超聲波在材料中的傳播特性來(lái)推斷應(yīng)力狀態(tài)。

其中電阻應(yīng)變測(cè)量法由于實(shí)施簡(jiǎn)單，成本低廉，距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是最廣泛的應(yīng)力測(cè)量方法。

圖二金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造如圖二，它一般由敏感柵、基片、引線、蓋片等組成。敏感柵由高電阻系數(shù)的細(xì)絲彎曲而成柵狀，將其用粘合劑固定在基底上，而基片的作用是保證將構(gòu)件上應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞到敏感柵上去。

在測(cè)試時(shí)，將應(yīng)變片固定在被測(cè)試件的表面上，隨著試件受力變形，應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形，從而使其電阻隨之發(fā)生變化，如圖三為應(yīng)變片在金屬伸縮時(shí)電阻值變化原理。通過(guò)一定測(cè)量線路將這種電阻變化通過(guò)儀表記錄下來(lái)，就能知道被測(cè)試件應(yīng)變量的大小。

圖三應(yīng)變片在金屬伸縮時(shí)電阻值變化原理

測(cè)試挑戰(zhàn)

在電阻測(cè)量應(yīng)變的場(chǎng)景中，直接用萬(wàn)用表配合應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量無(wú)疑是最簡(jiǎn)單的，萬(wàn)用表本身兼具電壓、電流、電阻等常規(guī)物理量的測(cè)量，且本身還能自定義傳感器，進(jìn)一步方便測(cè)試。如圖5所示，可以直接用萬(wàn)用表測(cè)試應(yīng)變片電阻。

圖五萬(wàn)用表測(cè)電阻示意圖

應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量往往是需要多個(gè)測(cè)試點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，特別是建筑過(guò)程中更是需要成百上千個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行分布式測(cè)量。而由于一臺(tái)萬(wàn)用表只能進(jìn)行一項(xiàng)測(cè)試，如果應(yīng)變片的數(shù)量較多，那就得為每一個(gè)應(yīng)變片配置一臺(tái)測(cè)量萬(wàn)用表，如圖6所示。

并且在實(shí)際測(cè)量場(chǎng)景中，如果想要進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，萬(wàn)用表雖然本身支持程控?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取，但復(fù)數(shù)臺(tái)的萬(wàn)用表一臺(tái)臺(tái)讀取無(wú)疑也會(huì)給數(shù)據(jù)匯總帶來(lái)困難。