变形测量技术

简介：
变形测量技术是指用于监测和分析物体、结构或地形在外部力量作用下发生的形状和位置变化的一系列方法和技术。包括但不限于GPS测量、水准测量及遥感等手段，在建筑工程、地质灾害预警等领域有着广泛应用。 ### 应变测量技术 #### 一、电测法及其应用 电测法作为一种广泛应用的应变测量技术，在实验应力分析、断裂力学、静动态试验及宇航工程等领域具有重要地位，尤其是在桥梁结构试验中，电阻应变测试是最常见的方法之一。 #### 二、电阻应变片的历史与发展 1938年E.Similton和A.Ruge等人首次制造了丝绕式电阻应变片，这标志着该领域的开端。到了1957年，半导体应变片的出现进一步推动技术的发展。如今市场上已有超过两万种不同规格的产品，极大地丰富了测量的选择性和灵活性。 #### 三、电测法的理论基础 电测法的基础可追溯到W.Thomson在1856年的研究工作，在对铁丝和铜线进行拉伸实验后得出了以下结论： - 铜线与铁线应变与其电阻变化之间存在函数关系。 - 不同材料（如铜丝和铁丝）对应变导致的电阻变化敏感度不同。 - 使用惠斯通电桥可测量因应变引起的电阻改变。 这些理论奠定了现代电测法的基础，表明了将机械变形转换为电气信号进行精确测量的可能性。 #### 四、电测法的优点 1. **高精度**：电测技术的准确性可达0.5%，确保了数据的可靠性。 2. **分辨率高**：能够检测到微小的变化（例如1με），相当于钢材料中仅有的0.2MPa应力变化。 3. **测量范围广**：从几乎无应变至超过23%的最大值，覆盖各种应用场景。 4. **体积小巧**：最小的应变片尺寸仅为0.2mm，便于在复杂的结构上安装和使用。 5. **轻便易用**：不仅适用于静态测试，在动态分析如测量加速度、振幅及频率等参数时同样有效。 6. **良好的响应时间**：电测法具有极快的反应能力（约10^-7秒），适合高速动应变的应用场景，比如振动或冲击试验中。 7. **适应极端条件**：能在高温(800~1000℃)、低温(-100~-70℃)、高压以及核辐射等环境下正常工作。 8. **易于数字化和自动化**：电测法便于实现测量数据的电子化处理，支持远程监测，并可用于传感器制造。 #### 五、电阻应变片的工作原理 电阻应变片由敏感元件（如康铜或镍铬合金）、基底材料及覆盖层组成。这些组件需具备良好的机械强度和热稳定性等特性以确保长期可靠使用。工作原理基于导体或半导体在受力时发生的物理变化，这种效应包括由于几何尺寸改变导致的电阻值变动以及因应变引起电阻率的变化。 #### 六、电测法的局限性 尽管具有诸多优势，但电测技术也有其不足之处： - 仅能测量表面应力而无法获取内部信息。 - 易受温度和湿度等环境因素的影响。 - 在处理高应力集中区域时准确性较低。 #### 七、结语 总体来看，作为一种成熟的应变测试方法，电测法在众多领域中得到了广泛应用。尽管存在局限性但随着技术的发展与创新，该方法有望继续发挥重要作用，并拓展新的应用前景。