時間：2023-05-29 17:58:49
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電阻應(yīng)變片，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
[關(guān)鍵詞]電阻應(yīng)變式傳感器 電子天平 比例測量
1電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理
電阻應(yīng)變式傳感器由感壓裝置、電阻應(yīng)變片和測量電路三部分組成,其工作原理是:被測負載作用在彈性感壓裝置上使其發(fā)生彈性形變;通過粘性物質(zhì)使粘貼在感壓裝置上的電阻應(yīng)變片發(fā)生形變,進而轉(zhuǎn)化成應(yīng)變片的阻值大小變化;通過測量電路將電阻應(yīng)變片的阻值變化,轉(zhuǎn)化為與負載成正比的電信號輸出,電阻應(yīng)變式傳感器的輸出電壓與激勵電壓和傳感器形變量成線性關(guān)系。
2電子天平的硬件設(shè)計
基于電阻應(yīng)變式傳感器的電子天平的結(jié)構(gòu)框圖如圖(1)所示。
圖(1) 電子天平的結(jié)構(gòu)框圖
電子天平在硬件上還包括水平調(diào)節(jié)、防風防震等輔助裝置,這些在圖(1)中并沒有畫出來。
2.1 系統(tǒng)的工作過程。電阻應(yīng)變式傳感器輸出信號很小,系統(tǒng)中使用了兩級運算放大電路,第一級選用儀表放大器AD620,AD620 是一種閉環(huán)、差動輸入的運算放大器,線性度好,增益設(shè)定方便,共模抑制比高,直流漂移小,它往往用來精確放大載于高共模電壓上的小差動信號;第二級運算放大電路采用低失調(diào)精密運算放大器OP07,OP07 輸入失調(diào)電壓只有10uV,偏置電流700pA,溫漂200nV /℃,適合作二級精密放大。以上兩級放大電路均采用±12V 雙電源供電,以提高系統(tǒng)精度;稱重傳感器在供橋電壓激勵下輸出的電壓信號經(jīng)過放大,在進入ADC 轉(zhuǎn)換之前須進行濾波和負壓保護處理;A/D 轉(zhuǎn)換器選用了TI 公司生產(chǎn)的Σ-Δ轉(zhuǎn)換器ADS1100,它是一款高精度自校正的差分輸入轉(zhuǎn)換器,16 位轉(zhuǎn)換精度,內(nèi)置可編程增益放大器,可選擇1、2、4、8 倍的放大增益,采樣速率可在8、16、32、128SPS 之間選取,低功耗電流90uA,SOT23-6 小型封裝,ADS1100 的這些優(yōu)點使得它廣泛應(yīng)用于稱重儀表領(lǐng)域。
2.2 比例測量技術(shù)。稱重傳感器的橋式結(jié)構(gòu)決定了其輸出與激勵電壓息息相關(guān),為提高精度須使用高精度的電壓源作為激勵,此外高精度的A/D 轉(zhuǎn)換也要求使用精密電壓源作為參考,若按常規(guī)方法考慮,需要兩個精密電壓源,實現(xiàn)起來難度較大,成本也高,為此我們采用了比例測量技術(shù)。所謂比例測量技術(shù),是指ADC 參考電壓與稱重傳感器的激勵電壓由同一電源提供,如圖(2)所示,設(shè)ADC 輸出為OUT D ,放大電路部分的總增益為A ,結(jié)合電阻應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理,我們有:
可見,采用比例測量方法,ADC 輸出只與傳感器的應(yīng)變特性和運算放大電路的總增益成正比,而與ADC 的基準源和稱重傳感器的激勵源都沒有關(guān)系。
3 軟件設(shè)計
3.1 電子天平的標定。用標準的重量砝碼加載至稱重傳感器的受載端,讀取A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),并記錄下對應(yīng)的標準砝碼質(zhì)量,標定過程中采用往復(fù)多次測量方法,即重量砝碼加載時采取由小到大再由大到小,多次測量(11 次)再取平均,這樣可有效消除測量過程中的人為誤差。在對數(shù)據(jù)進行擬合過程中,為取得更多的有效數(shù)字,將砝碼重量放大100 倍作為縱坐標,AD平均值作為橫坐標,得到標定表達式為:y=0.3714x-3350.0
3.2 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計。系統(tǒng)整體流程如下:系統(tǒng)每次開機須先預(yù)熱,開始測量后為提高ADC 輸出精確度,采用均值移動算法對ADC 采樣值進行數(shù)字濾波,均值移動濾波將來自輸入信號許多點的值進行平均以產(chǎn)生每個點的輸出信號,濾波器輸入直接取自ADC,在對M 個數(shù)據(jù)取平均的操作中,最小采樣數(shù)據(jù)和最大采樣數(shù)據(jù)都從數(shù)據(jù)窗口中被濾除,對剩下的M-2 個數(shù)據(jù)求平均值。
4 提高系統(tǒng)精度所采取的措施
首先,高精度的模擬電路設(shè)計對器件的熱穩(wěn)定性提出了很高要求,因此系統(tǒng)在每次開機后須進行預(yù)熱,經(jīng)實驗得知,經(jīng)30 分鐘預(yù)熱后,系統(tǒng)中各器件基本穩(wěn)定,此后進行測量,測結(jié)果比較準確;對系統(tǒng)電源進行了兩級穩(wěn)壓,并加濾波電路,消除電源噪聲對系統(tǒng)的。
其次,硬件上選用的Σ-Δ 結(jié)構(gòu)ADC 在低更新速率時具有低噪聲和高線性度,其噪聲整形和數(shù)字濾波功能集成在片內(nèi);軟件設(shè)計上采用了均值移動濾波算法提高了ADC 的轉(zhuǎn)換精度,從而提高系統(tǒng)整體的精度和穩(wěn)定性。最后,系統(tǒng)中存在著模擬信號和數(shù)字信號,數(shù)字部分的各種脈沖對模擬部分的干擾很大,因此在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)使模擬部分和數(shù)字部分在布局布線上盡量分開,并且模擬地和數(shù)字地分離,最后在一點與電源地相接;在每個集成芯片,特別是運放和A/D 器件的電源端配置去藕電容,且盡可能的靠近電源端,引腳盡量粗短。
5 結(jié)論
本文所設(shè)計電子天平量程90g,測得值與標準砝碼對比,部分數(shù)據(jù)如表(1)所示。經(jīng)多次實驗驗證,當稱重小于20g 時,最大誤差小于0.005g,稱重在20g~90g 之間時,最大誤差小于0.01g,測量結(jié)果穩(wěn)定時間
6 創(chuàng)新點
在系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)上采用了比例測量方法,使得A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果不受轉(zhuǎn)換器的參考電壓以及壓力橋激勵電壓的影響;有效地回避了大部分電壓源芯片輸出精度和輸出功率之間的矛盾,簡化了系統(tǒng)的電源電路,降低了系統(tǒng)成本。
參考文獻:
[1]苗麗霞.淺析惠斯登電橋在稱重傳感器中的應(yīng)用.甘肅冶金,2004,26(4):52-54.
[2]王化祥,張淑英.傳感器原理及應(yīng)用(修訂版).天津:天津大學出版社,2001.
[3]馬鴻文. 基于AT89C51 單片機的電子計價秤的設(shè)計與實現(xiàn). 微計算機信息,2005.
1、應(yīng)變式傳感器的核心部件是電阻應(yīng)變片。
2、應(yīng)變式傳感器是基于測量物體受力變形所產(chǎn)生的應(yīng)變的一種傳感器。電阻應(yīng)變片則是其最常采用的傳感元件。它是一種能將機械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。
3、應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由在彈性元件（感知應(yīng)變）上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件（將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化）構(gòu)成。當被測物理量作用在彈性元件上時，彈性元件的變形引起敏感元件的阻值變化，通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電量輸出，電量變化的大小反映了被測物理量的大小。應(yīng)變式傳感器可以測量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
應(yīng)變式稱重傳感器，1938年美國加利福尼亞理工學院教授E?Simmons（西蒙斯）和麻省理工學院教授A?Ruge（魯奇）分別同時研制出紙基絲繞式電阻應(yīng)變計，以他們名字的字頭和各有二位助手命名為SR-4型，由美國BLH公司專利生產(chǎn).1940年美國BLH公司和Revere公司總工程師A?Thurston利用SR一4型電阻應(yīng)變計研制出圓柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)變式負荷傳感器，用于工程測力和稱重計量，成為應(yīng)變式負荷傳感器的創(chuàng)始者.
1973年美國學者霍格斯特姆為克服正應(yīng)力負荷傳感器的固有缺點，提出不利用正應(yīng)力，而利用與彎矩無關(guān)的切應(yīng)力設(shè)計負荷傳感器的理論，并設(shè)計出圓截工字形截面懸臂剪切梁型負荷傳感器.打破了正應(yīng)力負荷傳感器的一統(tǒng)天下，形成了新的發(fā)展潮流.這是負荷傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計的重大突破.
1974年前后美國學者斯坦因和德國學者埃多姆分別提出建立彈性體較為復(fù)雜的力學模型，利用有限單元計算方法，分析彈性體的強度、剛度，應(yīng)力場和位移場，求得最佳化設(shè)計.為利用現(xiàn)代分析手段和計算方法設(shè)計與計算負荷傳感器開辟了新途徑.
經(jīng)歷了70年代的切應(yīng)力負荷傳感器和鋁合金小量程負荷傳感器兩大技術(shù)突破；80年代稱重傳感器與測力傳感器徹底分離，制定R60國際建議和研發(fā)出數(shù)字式智能稱重傳感器兩項重大變革；90年代在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝中不斷納入高新技術(shù)迎接新挑戰(zhàn)，加速了稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展；2000年OIML R60首次引入族和組、分配系數(shù)PL范圍等新概念.
2 應(yīng)變式壓力傳感器原理
將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件特定表面上，當力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于彈性元件時，會導(dǎo)致元件應(yīng)力和應(yīng)變的變化，進而引起電阻應(yīng)變片電阻的變化.電阻的變化經(jīng)電路處理后的以電信號的方式輸出，這就是電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理.
電阻絲應(yīng)變片一般是粘貼在傳感器的彈性體上，當傳感器承受壓力后，彈性體產(chǎn)生形變，引起粘貼在彈性體上的應(yīng)變片電阻值變化.在一般情況下，傳感器內(nèi)都是由4個應(yīng)變片組成一個測量電橋，在大多數(shù)的使用情況下，傳感器內(nèi)部4個應(yīng)變片同時受力，并且在受壓形變的作用下，2個應(yīng)變片阻值增大，2個變小.
檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?因為電橋具有很多優(yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用.因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵消，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋.
3 應(yīng)變式力學傳感器應(yīng)用實例-電子秤
關(guān)鍵詞：高強鋼棒異形墩預(yù)應(yīng)力張拉
中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：
1引言
高強鋼棒作為新型的預(yù)應(yīng)力鋼材，工程實踐表明其預(yù)應(yīng)力效果良好。近幾年來，許多工程采用高強鋼棒作為預(yù)應(yīng)力拉索。如：上海新國際博覽中心預(yù)應(yīng)力鋼棒抗側(cè)力支撐、深圳游泳跳水館預(yù)應(yīng)力鋼棒拉索、深圳會議展覽中心箱形鋼梁預(yù)應(yīng)力鋼棒下弦等工程中鋼棒的應(yīng)用。這些都預(yù)示著高強鋼棒廣闊的應(yīng)用前景，對鋼棒的理論研究也在蓬勃發(fā)展[1]。
該橋橋段3、橋段5橋墩采用變厚度雙柱式橋墩，柱頂以橫梁連接，橋墩頂截面為平行四邊形，底截面為不規(guī)則四邊形，墩身在橫橋向縱橋向皆傾斜，墩身下部設(shè)置縱橋向底梁連接墩身，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。異形墩橋梁，由于斜置的墩柱和復(fù)雜的空間線形，故其幾何(變形) 不但關(guān)系到結(jié)構(gòu)外觀、行車舒適，還直接影響到上部結(jié)構(gòu)受力。為了使橋墩在各個工況下受力及變形均滿足設(shè)計要求，我們用 Labview 系統(tǒng)軟件對鋼棒的張拉值進行測定。
Labview是美國國家儀器公司(National Instruments Corp, NI公司)推出的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，基于LabVIEW的虛擬儀器是一種計算機儀器系統(tǒng)，即以通用計算機為硬件平臺，由用戶設(shè)計定義虛擬面板，由測試軟件實現(xiàn)測試功能。該基礎(chǔ)是計算機系統(tǒng)，核心則是軟件技術(shù)。由此，可通過用戶自定義突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)采集、處理、顯示及存儲等方面的限制。
2工程概況
該橋與京津塘高速公路K125+970處立交，橋梁范圍為：K2+601.556~K3+271.496，長669.94m；橋梁上部結(jié)構(gòu)有：普通鋼筋混凝土連續(xù)梁4聯(lián)，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土剛構(gòu)橋3聯(lián)，全橋共7聯(lián)，按照設(shè)計文件的定義共7個橋段。
公路橋軸線和分孔線與道路設(shè)計線法線斜交，斜交角度-16°。橋段3、5橋墩采用變厚度雙柱式橋墩，柱頂以橫梁連接，橋墩頂截面為平行四邊形，底截面為不規(guī)則四邊形，墩身在橫橋向縱橋向皆傾斜，墩身下部設(shè)置縱橋向底梁連接墩身。橋墩墩頂在縱橋向采用高強度鋼棒做為拉桿。
3鋼棒應(yīng)變測量原理
3.1電阻應(yīng)變片及其工作原理
繞線式應(yīng)變片主要由敏感元件、基底、覆蓋層和引出線等幾部分組成。
(1)敏感絲柵是應(yīng)變片的主要元件，一般由康酮、鎳鉻合金制成；
對材料性能要求：電阻率高、靈敏系數(shù)大、線性范圍大、電阻溫度系數(shù)小、易于加工成絲。
(2)基底和覆蓋層一般有紙質(zhì)和膠質(zhì)；
對材料性能要求：基底和覆蓋層起定位和保護應(yīng)變片幾何形狀的作用，也起到與被測試試件之間電絕緣作用，因此要求厚度小而機械強度高、絕緣性能好、熱穩(wěn)定性能好、耐腐蝕、抗潮濕、無滯后和儒變現(xiàn)象、稍透明等。
金屬應(yīng)變片的工作原理在于導(dǎo)體的“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指導(dǎo)體或半導(dǎo)體在機械變形(伸長或縮短)時，該工程應(yīng)用的是伸長時的應(yīng)變效應(yīng)。其電阻隨其變形而發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。
（dD/D:橫向應(yīng)變；DL/L:縱向應(yīng)變；μ：泊桑比）
上式表明，導(dǎo)體(如金屬絲)的電阻應(yīng)變效應(yīng)由兩方面原因造成，一是由(1±2μ)表達的幾何尺寸的改變；一是電阻率也隨應(yīng)變發(fā)生變化。這就從機理上對電阻應(yīng)變效應(yīng)作了一定的說明。可惜，電阻率ρ到底依什么規(guī)律隨應(yīng)變變化，至今尚無圓滿的解釋。不過，實踐表明，值與合金的成分、含雜質(zhì)情況、加工成絲的工藝以及熱處理過程等有很大關(guān)系，故各種材料的靈敏系數(shù)均由實驗測定。
3.2高強鋼棒應(yīng)變測量原理
測量系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)變片的測量原理采用應(yīng)變片單臂半橋的橋路模式進行測量橋路。
R1、R2為平衡電阻；RL為導(dǎo)線電阻，R3、R4為應(yīng)變電阻，其中ε為由于拉桿變形引起的電阻變化量，VEX為激勵電源，在測試系統(tǒng)中，選用3.33V的內(nèi)置激勵電源。根據(jù)橋路原理，應(yīng)變片的變形量為：
式中，GF為應(yīng)變片的精度系數(shù)；RL為導(dǎo)線電阻；Rg為正常的應(yīng)變片電阻；ν為泊松比；νr為Vch測到的電壓變化。
4鋼棒安裝及張拉過程控制
在施工過程中，由于施工設(shè)備、經(jīng)濟條件等限制，采用分批張拉是不可避免的。施工階段結(jié)構(gòu)的受力體系由于高強鋼棒不斷的參與工作面發(fā)生變化，鋼棒中拉力也是不斷變化的[2]。為了在鋼棒中建立起滿足設(shè)計的要求的預(yù)應(yīng)力，我們需要在整個結(jié)構(gòu)張拉過程中對其進行監(jiān)控，以保證各批次的鋼棒張拉達到要求的控制力。在充分了解張拉鋼棒對結(jié)構(gòu)的影響，以及充分估算了張拉過程中套筒內(nèi)需要旋緊的距離，在鋼棒拼接時留出足夠的可調(diào)節(jié)長度，為后期順利張拉提供必要的基礎(chǔ)和條件。
4.1鋼棒安裝
（1）在異形橋墩鋼筋鋪設(shè)后進行模板搭設(shè)階段，把兩端固定可調(diào)節(jié)套筒安放到指定位置，模板支設(shè)完畢后，澆筑混凝土。
（2）搭設(shè)滿堂腳手架，待混凝土澆筑完成后養(yǎng)生達到70%強度時， 用吊車把高強鋼棒吊裝安裝就位，擰上中間鎖緊套筒，安裝工作初步完成。
（3）鋼棒安裝就位后，檢查鋼棒中間鎖緊套筒是否安裝正確，必須在正反牙的套筒內(nèi)涂抹適量的黃油，以便于擰緊套筒。
4.2鋼棒張拉
（1）橋墩混凝土達到可張拉強度時，安裝手拉葫蘆，將兩端分別放置在墩頂處適當?shù)奈恢蒙希瑏碚{(diào)整各分段鋼棒因墩身外傾而引起鋼棒內(nèi)部應(yīng)力變化。
（2）為了克服鋼棒因自重引起的下?lián)希覀冇谜砟緣|塊墊在鋼棒兩側(cè)下方進行水平調(diào)整，以便后期張拉。
4.3張拉過程中的控制與檢測
（1）張拉時每根鋼棒設(shè)置一個測試點，張拉前讀初讀數(shù)，然后依據(jù)不同的鋼棒張拉值不一樣，待張拉到設(shè)計的張拉值后，停止張拉。
（2）張拉過程中要盡量減少對鋼棒本身的擾動，為了避免溫度梯度對測試結(jié)果的影響，每根鋼棒在同一時段張拉完成。
（3）根據(jù)測試結(jié)果表明，每根鋼棒張拉值都達到了設(shè)計要求所需的力值，符合設(shè)計要求。
5結(jié)論
預(yù)應(yīng)力鋼棒拼接時，中間的套筒應(yīng)留有足夠的可調(diào)節(jié)空間，預(yù)留長度可以根據(jù)施工階段結(jié)構(gòu)分析估算確定。鋼棒的張拉對結(jié)構(gòu)的影響較大，對結(jié)構(gòu)要有充分的了解，通過合理的分析，確定各個批次的張拉順序，完成張拉工作。
參考文獻
李軼.預(yù)應(yīng)力鋼棒張拉錨固體系的研究：（碩士學位論文）.南京：東南大學，2004
【關(guān)鍵詞】應(yīng)變電測 傳感器技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展
現(xiàn)代科學正沿著微觀和宏觀兩個方向發(fā)展，兩者相輔相成，缺一不可。在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、醫(yī)療體育等多方面存在著一些大型的設(shè)備或產(chǎn)品，其零部件多樣、構(gòu)造復(fù)雜，并在一定領(lǐng)域占據(jù)著重要的位置，其運行狀態(tài)和壽命都直接關(guān)系著安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。應(yīng)力和應(yīng)變的測試是評價設(shè)備狀態(tài)的重要手段，通過對零部件、結(jié)構(gòu)的受力和工作情況測試，確定應(yīng)力、應(yīng)變、位移、力、載荷和加速度等力學參數(shù)，從而解決工程結(jié)構(gòu)和機械強度、剛度問題。
1 應(yīng)變電測技術(shù)原理
當被測物產(chǎn)生應(yīng)變式，電阻應(yīng)變片的阻值會隨之發(fā)生變化，電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變就是基于這個原理，通常電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變時會搭成橋路連接方式，這樣可以消除共模信號，抵消溫度系數(shù)的影響，增大靈敏度。電阻應(yīng)變片屬于敏感元件，共有基底、敏感柵、覆蓋層和引線等四部分所組成。工作時，將電阻應(yīng)變片附著在被測零件或結(jié)構(gòu)表面上，一旦部件表面由于受力而產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片的基底就會立即獲取應(yīng)變信息，并將信息傳遞給敏感柵，敏感柵在感到應(yīng)變后，隨著部件的變化情況產(chǎn)生相同的變形量，進而導(dǎo)致應(yīng)變片的阻值產(chǎn)生電學信息，通過電路最終將電學參數(shù)換化成應(yīng)變量表達出來。其中，電阻值的變化與部件的應(yīng)變量呈正比關(guān)系。
2 應(yīng)變電測與傳感器技術(shù)的應(yīng)用
在電工電子技術(shù)與信息技術(shù)的推動下，應(yīng)變測量儀器系統(tǒng)也向數(shù)字化和計算機網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，成為自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不但較大范疇地提高了測試系統(tǒng)的速度和精度，也將應(yīng)變電測技術(shù)推向了一個全新的發(fā)展階段。應(yīng)變電測與傳感器技術(shù)的測量系統(tǒng)通常由應(yīng)變計、傳感器和測試儀器三部分所組成。
2.1 新型特殊電阻應(yīng)變計
工業(yè)技術(shù)的迅猛推進，使得應(yīng)變計品種和規(guī)格都得到了較快速的發(fā)展。不僅有應(yīng)用與常溫環(huán)境下的應(yīng)變計急劇增加，也出現(xiàn)了一些應(yīng)用于特殊環(huán)境下的特殊應(yīng)變計。例如，在高溫高壓下，有時會需要實時了解材料的應(yīng)變性能，600～ 800密封焊接式應(yīng)變計、高溫900動態(tài)應(yīng)變計等被應(yīng)用于高溫背景下的應(yīng)變測試。此外還有諸如防水應(yīng)變計、大應(yīng)變應(yīng)變計、低溫-269～196應(yīng)變計、復(fù)合材料專用應(yīng)變計等也逐漸問世。
2.2 應(yīng)變計式傳感器
應(yīng)變計式傳感器品種更為多樣，并隨著電測與傳感器技術(shù)的發(fā)展和成熟，其性能和質(zhì)量也得到很大的改善。除各種稱重、測力、位移、壓力、加速度傳感器等外，還有超小型土壓力計、傾斜計、裂縫計、沉降計等。值得一提的是，在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了一類新型應(yīng)變傳感器，其外形和彈性元件為變截面圓環(huán)形狀，該傳感器實質(zhì)上測量基長的變化反映該基長區(qū)的平均應(yīng)變，能代替大基長的電阻應(yīng)變計，可快速安裝在鋼或混凝土表面上，并可多次重復(fù)裝卸使用，其靈敏度比一般應(yīng)變計高，配合應(yīng)變測試儀器使用，還可進行無線遙測。
2.3 新型數(shù)據(jù)采集儀器
面對日益發(fā)達的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，新的數(shù)據(jù)采集儀器也需要多方面發(fā)展，主要包括兩類。一是多功能多通道自動測量的數(shù)據(jù)采集儀。該類采集儀器能夠?qū)?yīng)力、應(yīng)變、溫度、電壓等多種物理量進行測試，同時還能夠與多種類型的傳感器并有專用軟件進行各種數(shù)據(jù)采集和處理，與微機組成自動測量分析系統(tǒng)。還有一類是數(shù)字動態(tài)應(yīng)變儀，接計算機有專用多功能采集分析軟件組成動態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，這樣使結(jié)構(gòu)等靜、動載試驗工作提高質(zhì)量和效率。
3 應(yīng)變電測與傳感器技術(shù)在航空航天工程中應(yīng)用
近年來，應(yīng)變電測與傳感器技術(shù)在航空航天工程中所起的作用不容小視，在航空航天工業(yè)的發(fā)展中往往占據(jù)著關(guān)鍵的技術(shù)地位。
3.1 飛機發(fā)動機葉片動應(yīng)變測量
在某一型號飛機中渦輪轉(zhuǎn)子葉片在工作時，溫度通常在800～900之間，高溫900動態(tài)應(yīng)變計便應(yīng)用機發(fā)動機葉片動應(yīng)變測量中。該機在渦輪轉(zhuǎn)子葉片連續(xù)6次臺架動測，溫度都在800以上的情況下獲取了應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)。
3.2 發(fā)動機搖臂動應(yīng)力測試
在某型號飛機發(fā)動機搖臂上，采用了SDA-830C動態(tài)應(yīng)變儀，取得了良好的效果。
3.3 發(fā)動機導(dǎo)管動應(yīng)力測試
飛機發(fā)動機的導(dǎo)管是發(fā)動機供油的主要部件，對導(dǎo)管的應(yīng)變測試直接關(guān)系著發(fā)動機的工作狀態(tài)。通過應(yīng)變儀監(jiān)測顯示，發(fā)動機導(dǎo)管在受到外界干擾下產(chǎn)生的激振反應(yīng)與導(dǎo)管上下卡箍的位置有直接關(guān)系，經(jīng)過反復(fù)試驗和動態(tài)應(yīng)變儀器的反復(fù)測量，最終得到導(dǎo)管東營利的最大頻率，根據(jù)試驗結(jié)果，很好地調(diào)整了卡箍的位置，使動應(yīng)力達到最小。
3.4 發(fā)動機矢量噴管主要受力件載荷測量
飛機發(fā)動機中軸對稱矢量噴管是靠擴張段的偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)發(fā)動機排氣方向的變換，因此，要真實地掌握矢量噴口上如三角拉桿、導(dǎo)軌等關(guān)鍵件在發(fā)動機各種工況下的工作載荷及其變化規(guī)律。采用應(yīng)變電測技術(shù)對其關(guān)鍵部件的載荷情況進行測量是可行的，通過在關(guān)鍵件的表面布置應(yīng)變計，并組成全橋電路，用電阻應(yīng)變儀測量電橋輸出，并提前在試驗機上完成標定，最后在工況條件下對發(fā)動機矢量噴管的關(guān)鍵受力部件進行實測，可以為發(fā)動機的優(yōu)化減重及可靠性設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。
3.5 模擬返回艙結(jié)構(gòu).在起吊和運輸過程中應(yīng)力測試
航天員訓(xùn)練中所采用的模擬返回艙，在起吊和運輸過程中需要進行必要的應(yīng)力測試。模擬返回艙一般由復(fù)合材料及金屬制成，通過有限元法設(shè)計計算制成后用應(yīng)變計及數(shù)據(jù)采集儀、動態(tài)應(yīng)變儀等分別測量在起吊和運輸過程中結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)應(yīng)力。由于返回艙需要具備相當?shù)膹姸群透叨龋虼耍仨氁ＷC其應(yīng)力變化在可承受范圍內(nèi)，應(yīng)變電測技術(shù)在這一過程中的應(yīng)用至關(guān)重要。
4 結(jié)論
應(yīng)變傳感器及數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，為應(yīng)變測試提供了更多選擇，為航空航天及其它軍民產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強度的測試提供了先進手段。通過試驗驗證和數(shù)據(jù)分析，為飛機等軍民品產(chǎn)品設(shè)計及改進改型提供了必須的數(shù)據(jù)資料。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：壓力傳感器，薄膜，敏感柵
隨著社會的發(fā)展，信息處理技術(shù)、微處理器和計算機技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進展。現(xiàn)在非電物理量的測試與控制技術(shù)，已越來越廣泛地應(yīng)用于航天、航空、常規(guī)武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫(yī)學工程、自動檢測與計量、稱重等技術(shù)領(lǐng)域[1]，而且也正在逐步引入人們的日常生活中。免費論文參考網(wǎng)。可以說測試技術(shù)與自動控制技術(shù)水平的高低，是衡量一個國家科學技術(shù)現(xiàn)代化程度的重要標志。傳感器是信息采集系統(tǒng)的感應(yīng)單元，所以，它是自動化系統(tǒng)和控制設(shè)備的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，在科技、生產(chǎn)自動化領(lǐng)域中的作用越來越重要[2]。
傳感器亦稱換能器，是將各種非電量（包括物理量，化學量，生物學量等）按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硗庖环N物理量（一般為電量、磁量等）的裝置[3]，它能把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量電路3部分組成，有時還需加上輔助電源。免費論文參考網(wǎng)。其原理如圖1所示。
其中：①敏感元件直接感受被測物理量，如在應(yīng)變式傳感器中為彈性元件；②傳感元件將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量，是轉(zhuǎn)換元件，如固態(tài)壓阻式壓力傳感器；③測量電路是將傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、控制和處理的有用電信號的電路，使用較多的是電橋電路。由于傳感器元件輸出的信號一般較小，大多數(shù)的測量電路還包括放大電路，有的還包括顯示器，直接在傳感器上顯示出所測量的物理量；④輔助電源是供給傳感元件和測量電路工作電壓和電流的器件。
國際電工委員會IEC則將傳感器定義為測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號[4]。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。對傳感器在技術(shù)方面有一定的要求，而同時亦要考慮盡可能低的零點漂移、溫度漂移及蠕變等[5]。近年來，傳感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、標準化方向發(fā)展的趨勢[6]。
電阻式傳感器的工作原理是將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值，通過測量此電阻值達到測量非電量的目的。這類傳感器大致分為兩類：電阻應(yīng)變式和電位計式。利用電阻式傳感器可以測量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數(shù)。
壓力傳感器是將壓力這個物理量轉(zhuǎn)換成電信號的一種電阻應(yīng)變式傳感器。傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來的傳感器[7]。如圖2所示，將應(yīng)變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上，當彈性敏感元件受到外施壓力作用時，彈性敏感元件將產(chǎn)生應(yīng)變，電阻應(yīng)變片將它們轉(zhuǎn)換成電阻變化，再通過電橋電路及補償電路輸出電信號。它是目前應(yīng)用較多的壓力傳感器之一，因具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量速度快等特點而廣泛應(yīng)用于航空、機械、電力、化工、建筑、醫(yī)學等諸多領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上，而薄膜又通過粘結(jié)劑粘合到彈性基片上，由于彈性元件與粘結(jié)劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同，彈性元件的應(yīng)變不能直接傳遞給敏感柵，而是要通過粘結(jié)劑、絕緣脂膜才能到達敏感柵，從而產(chǎn)生較大的蠕變和滯后，影響傳感器的靈敏度、響應(yīng)度、線性度等性能。另外，由于粘結(jié)劑不能在高溫條件下使用，這也使它的應(yīng)用范圍受到限制。
為了消除絕緣薄膜層和粘結(jié)劑層對傳感器性能的影響，可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術(shù)，在彈性元件上直接刻錄敏感柵，彈性元件與敏感柵直接接觸，以克服常規(guī)工藝導(dǎo)致的滯后和蠕變大的缺陷。另外，如果彈性材料和結(jié)構(gòu)選擇恰當，還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。
一、器件研制
采用真空鍍膜技術(shù)在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜，用半導(dǎo)體光刻技術(shù)，在彈性基片上直接形成電阻敏感柵，最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，將制作好的芯片封裝在工件中，組成壓力傳感器探頭。經(jīng)過熱老化、電老化，待封裝應(yīng)力趨于穩(wěn)定后，進行電性能測試。
在制作薄膜電阻應(yīng)變式壓力傳感器中，采用的工藝流程如圖3所示。
測小燈泡的額定功率所用的方法是伏安法，正確的實驗電路圖如圖1所示。由于操作不當，常會發(fā)生一些故障，現(xiàn)對出現(xiàn)的故障及應(yīng)對措施作一個全方位的掃描。
1、當連接好最后一根導(dǎo)線，燈泡就亮了。
分析 這是由于開關(guān)在連接的時候沒有斷開。在連接電路時，所有的開關(guān)都應(yīng)斷開，當連接完，檢查沒有問題后方可閉合開關(guān)。
2、閉合開關(guān)后，燈泡特別亮(或電流表示數(shù)較大)。
分析 主要是滑動變阻器的滑片沒有放在阻值最大端。
3、無論如何移動滑片，電表的示數(shù)不變且燈泡較亮(暗)。
分析 這是滑動變阻器的兩個接線柱都接在上(下)面了。
4、無論如何移動滑片，電壓表的示數(shù)都達不到其額定電壓。
分析 燈泡兩端的電壓不夠，說明電源電壓不足，電源提供的電壓小于燈泡的額定電壓。
5、當閉合開關(guān)后，電壓表有示數(shù)，而電流表無示數(shù)。
分析 電流表測的通過燈泡的電流，它沒有示數(shù)，根據(jù)歐姆定律，原因有二個：一是燈泡的電壓為0：二是電路中的電阻很大。但電壓表有示數(shù)，故只可能是電路中的電阻很大了。要使電路中的電阻達到一個很大的值，電壓表(相當于一個很大的電阻)應(yīng)串聯(lián)在電路中，即燈泡處發(fā)生了斷路。如圖2所示。
6、當閉合開關(guān)后，電流表有示數(shù)，而電壓表無示數(shù)
分析 電壓表測的燈泡兩端的電壓，它沒有示數(shù)，根據(jù)歐姆定律，原因有二個：一是通過燈泡的電流為0；二是燈泡的電阻為0。但電流表有示數(shù)，故只可能是燈泡的電阻為0了。要讓燈泡的電阻為0，只能是燈泡處發(fā)生短路了，如圖3所示。
7、閉合開關(guān)后，向右移動滑片，電流表示數(shù)變小，而電壓表的示數(shù)也在變大。
分析 由圖1可知，正常情況下，滑片向右滑時，電路中的總電阻變大，總電壓不變，電流變小，電流表的示數(shù)應(yīng)變小，電壓表測的是燈泡兩端的電壓，燈泡的電阻不變，電流變小，其示數(shù)也應(yīng)變小。現(xiàn)在電壓表示數(shù)變大，說明電壓表是與滑動變阻器并聯(lián)了，如圖4所示。
8、如果在進行實驗時，電流表壞了，沒有電流表可換，給你一個已知定值電阻，如何完成實驗?zāi)?
分析 當電流表壞了，可利用串聯(lián)電路電流處處相等的規(guī)律來設(shè)計實驗。如圖5，將定值電阻與燈泡、滑動變阻器組成一個串聯(lián)電路，先把電壓表與燈泡并聯(lián)，調(diào)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)達到其額定電壓UL：保持滑片位置不動，再把電壓表與定值電阻并聯(lián)，測出其兩端的電壓為UR。根據(jù)IL=IR= ，得P額=ULIL=UL 。
9、如果在進行實驗時，電壓表壞了，沒有電壓表可換，給你一個已知定值電阻，如何完成實驗?zāi)?
關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；鋼絞線；摩擦系數(shù)；確實
中圖分類號：TU528．571
文獻標識碼：B
文章編號：1008-0422(2006)04-0148-02
收稿日期：2006-04-25
作者簡介：吳順利(1968-)，男，湖南邵陽人，工程師，從事施工技術(shù)管理。
1 前言
后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失主要包括預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁間的摩擦損失、錨固回縮損失、分塊拼裝構(gòu)件接縫壓密損失、分批張拉時混凝土的彈性壓縮損失、預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力松馳損失以及混凝土收縮徐變損失等，其中以預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁間的摩擦損失所占比例最大。在工程實踐中，對重要結(jié)構(gòu)或采用新施工方法的結(jié)構(gòu)往往需要通過試驗來確定預(yù)應(yīng)力筋的摩擦損失。本文結(jié)合三峽工程排砂洞無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混土襯砌現(xiàn)場試驗，對摩擦系數(shù)的確定方法包括應(yīng)變片的保護方法和實測結(jié)果的修正進行了探討。
2 鋼絞線沿程摩擦損失
摩擦損失主要由孔道的彎曲和管道的偏差兩部分組成，前者通常稱為道摩擦損失，后者為孔道偏差損失。對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋而言，彎道摩擦損失由張拉時預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)側(cè)的徑向垂直擠壓力所引起，后者則是由于預(yù)應(yīng)力筋在綁扎時定位不；隹確所導(dǎo)致，有時亦稱之為擺動摩擦損失。預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)應(yīng)力筋大多由直線段和曲線段組成，圓環(huán)或圓筒形結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋則呈曲線布置。取控制張拉力為Ncon時，由于摩擦損失引起的預(yù)應(yīng)力損失為：
Osi=Qcon[1-e-(uQ+kl)]
式中：Qcon――張拉端控制應(yīng)力；
u――預(yù)應(yīng)力筋與孔壁的摩擦系數(shù)；
9――從張拉端至計算截面彎道部分的夾角(rad)；
k――孔道偏差對摩擦的影響系數(shù)；
f―從張拉端至計算截面的預(yù)應(yīng)力筋長度(m)。
3 摩擦系數(shù)的現(xiàn)場確定方法
無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由于具有不需預(yù)留孔道和回填灌漿、抗腐蝕能力強、抗震性能好、施工簡便等優(yōu)點，已在工程中得到廣泛應(yīng)用。特別是對于預(yù)應(yīng)力筋曲線布置的結(jié)構(gòu)，其摩擦損失小、預(yù)應(yīng)力延程分布均勻的優(yōu)點應(yīng)更為突出。工程總長2000m的排砂洞由于采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌，不僅使預(yù)應(yīng)力分布更均勻，而且大大加快了施工進度，保證了工程質(zhì)量并顯著降低了工程造價。該工程是我國首批采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力；昆凝土襯砌的水工隧洞，施工前就曾有結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和材料性能進行了大量試驗研究。其中無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋摩擦損失的測定是結(jié)合現(xiàn)場1：1結(jié)構(gòu)模型試驗進行的，其目的是保證試驗條件與施工條件一致性。電阻應(yīng)變片的布置和保護方法如圖1、2所示。
該工程所用的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋為了中5高強低松弛鋼絞線，雙圈環(huán)繞布置(每根鋼絞線的環(huán)繞角度為4丌)，采用自補償式電阻應(yīng)變片。鋼絞線綁扎完成后，按下列步驟進行測試儀器的安裝和保護。
3．1準確標出待測位置并小心切除待測位置鋼絞線的塑料外包層，切除長度L1(見圖2)，為該位置在張拉時可以有發(fā)生的位移加上適量裕度。
3．2清除切除段的防腐油脂，粘貼電阻應(yīng)變片。特別要注意電阻應(yīng)變片的粘貼位置和方向，若鋼絞線在張拉時向左移動，電阻應(yīng)變片應(yīng)貼在靠右的位置，其方向則應(yīng)與鋼絲的軸線方向一致。
3．3為避免張拉過程中因鋼絞線的移動和轉(zhuǎn)動損壞應(yīng)變片，應(yīng)用圖2所示的組合防護鋼管對所貼應(yīng)變片進行保護，組合防護鋼管由2種直徑不同的半圓形鋼管組成，內(nèi)側(cè)鋼管的內(nèi)徑應(yīng)與塑料外包層的外徑相同，外側(cè)鋼管的內(nèi)徑應(yīng)與內(nèi)側(cè)鋼管的外徑相同。
3．4仔細固定組合防護鋼管，引出應(yīng)變片的導(dǎo)線，導(dǎo)線應(yīng)在鋼管內(nèi)預(yù)留足夠長度，然后用膠帶進行密封處理，防止混凝土澆筑過程中漿液滲入。
3．5試驗時在鎖定端安裝荷載傳感器，用于和電阻應(yīng)變片測定結(jié)果進行比較。
模型混凝土養(yǎng)護至規(guī)定齡期后即可進行張拉試驗，張拉荷載宜采用分級加載方式，記錄對應(yīng)于每級荷載的應(yīng)變片應(yīng)變變化和荷載傳感器讀數(shù)變化。結(jié)果如表1所示。
對上述試驗結(jié)果進行回歸分析，得到所用鋼絞線的孔壁摩擦系數(shù)u=0.032，擺動摩擦系數(shù)k=0．0007，均小于規(guī)范的建議值(u=0．10，k=0．0035)。
應(yīng)當指出的是，測定曲線有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的摩擦損失要困難得多，因為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋往往成束布置，而每束又由多根鋼絞線組成，在張拉過程中鋼絞線不僅有沿其軸線方向的移動，而且還有轉(zhuǎn)動和鋼絞線之間的相互作用，每根鋼絞線所受的張拉力都不可能有完全相同，這樣，根據(jù)單根鋼絞線確定的摩擦損失系數(shù)很難與實際情況相吻合。
對試驗結(jié)果進行分析時，還應(yīng)注意到所測得的應(yīng)變變化并非沿受力方向的應(yīng)變變化，而是沿鋼絞線外層鋼絲的軸向(應(yīng)變片沿鋼絲軸向粘貼)，由于外層鋼絲的螺旋狀環(huán)繞，使得鋼絲長度與鋼絞線長度并不相同，因而需要對所測得的應(yīng)變變化乘一個折減系數(shù)p，其值的大小等于鋼絞線長度與外層鋼絲的長度之比。
4 結(jié)語
正確確定預(yù)應(yīng)力筋的摩擦損失，對曲線形布筋的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要意義。在用電阻應(yīng)變片測定摩擦損失系數(shù)時，最重要的是對應(yīng)變片的保護。張拉過程中預(yù)應(yīng)力鋼絞線不僅有沿其軸線方向的移動，而且還有轉(zhuǎn)動，稍不注意應(yīng)變片就會遭破壞或失效。采用本文所述的保護方法，可以使電阻應(yīng)變片的成功率和試驗結(jié)果的可靠性大大提高。
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關(guān)鍵詞：靜態(tài)；應(yīng)變檢測；房屋鑒定；檢測
中圖分類號：TN934.85 文獻標識碼：A 文章編號：
在對房屋進行安全鑒定檢測的過程中，可能會遇到一些修建時間較長的建筑物，這就會給檢測工作造成一定的難度，例如有些房屋的資料一出現(xiàn)缺失或丟失的情況，部分建材的規(guī)格號牌和類型難以確定，有些房屋即使使用結(jié)構(gòu)有限元分析軟建模計算，也不能鑒定出房屋的受力情況。有些建筑物在進行加固處理之后，在用傳統(tǒng)的分析軟件對其進行檢測，也需要使用應(yīng)變檢測的方式對其進行驗證，這樣才能保證檢測結(jié)果的準確性。
一、靜態(tài)應(yīng)變檢測概述
對房屋安全進行鑒定檢測所使用的應(yīng)變檢測器材主要包括：應(yīng)變儀，導(dǎo)線，電阻應(yīng)變片等。在選用應(yīng)變儀進行檢測時，通常都會選擇動態(tài)電阻應(yīng)變儀或者靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。應(yīng)變儀在工作時會運用到惠斯通電橋原理，檢測構(gòu)件上的電阻應(yīng)變片可以看作電橋的四個臂，根據(jù)電阻應(yīng)變片的具體連接方法，可以使用全橋、半橋和1/4橋進行連接。構(gòu)件的具體行變量也會根據(jù)電阻應(yīng)變片的情況來反映被檢測電阻的實際變化情況。儀器內(nèi)部根據(jù)具體的公式能夠計算出房屋構(gòu)件的應(yīng)變量，會用到的公式有R1/R2=R4/R3,e=1/4.ΔR/R.E,ε=4e/E.K,其中ε表示的是應(yīng)變數(shù)量，K表示的是比例常數(shù)，e表示的是輸出電壓，E表示的是輸入電壓。大多數(shù)房屋鑒定中對單點應(yīng)變量進行檢測時，一般都會使用1/4橋的連接方法進行測量。
二、靜態(tài)應(yīng)變法在房屋鑒定檢測中的應(yīng)用
在房屋的安全鑒定檢測中，如果需要檢測房屋構(gòu)件的承載力是否符合安全使用的標準，就需要使用靜態(tài)應(yīng)變法對其進行校核。靜態(tài)應(yīng)變法是以實荷檢驗為基礎(chǔ)，在檢測過程中以設(shè)計的需求和房屋構(gòu)件的具體情況來對構(gòu)件施加相應(yīng)的荷載，然后利用應(yīng)力法檢測構(gòu)件所具有的剛度、承載力和抗裂方面的具體性能。如果只是針對房屋結(jié)構(gòu)的一部分進行試驗檢測時，應(yīng)該對比較薄弱的部位和存在問題的部位進行檢驗。在確定正常使用極限狀態(tài)試驗荷載值時，應(yīng)該根據(jù)房屋最初設(shè)計時參照的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中所規(guī)定的樓面活荷載組合值和房屋使用的具體情況來確定。
三、靜態(tài)應(yīng)變測試加載的案例概述
以下以廣東省的某商場為例，對房屋改造工程進行分析，由于商場發(fā)展的需要，該商場要對房屋進行升級改造，在改造時需要對部分樓板的全房間進行開洞處理，這就會導(dǎo)致周邊樓板的邊界條件發(fā)生一定的改變，在對樓板進行建模驗算后能夠看出，經(jīng)過改造的樓板中，配筋的面積出現(xiàn)了不足的情況。在房屋進行纖維布的粘貼加固以后，需要對房屋的加固質(zhì)量和樓板的具體承載情況是否符合安全標準進行檢測。檢測的具體方法主要有以下幾種：
（一）堆載方法。在使用堆載方法時，應(yīng)該選用房屋中比較有代表性的樓板，利用均布堆砂法模擬活荷載，并將堆載的最大值設(shè)定為1.4倍標準值，并分四個等級進行逐級加載，每級之間的間隔時間為30分鐘。我國現(xiàn)有的荷載規(guī)范中有對商場樓面荷載的具體要求，樓面標準值為3.5kN/㎡，這就說明，堆載的最大值應(yīng)該是4.9kN/㎡。
（二）撓度檢測法。在檢測房屋撓度時，應(yīng)該在樓板底部跨中位置利用膨脹螺絲固定剛性金屬桿件來測定，在測定的過程中，應(yīng)該保證桿件處于豎直的狀態(tài)，并讓桿件延伸到地面的鋼砧，然后利用磁吸座將百分表和金屬桿件固定在一起，百分表的上部需要頂著鋼砧。在這個環(huán)節(jié)中，一定要保證鋼砧、磁吸座桿件和金屬桿件具有足有的剛度，當百分表的讀書回到初始值時，接受鋼砧檢測的樓板不能再增加附加荷載。
（三）應(yīng)變片測點布置。在粘貼應(yīng)變片時，應(yīng)該將其放置在構(gòu)件應(yīng)變最大的位置，這樣才能顯示出構(gòu)件的變形受力狀態(tài)，例如可以放置在連續(xù)板底邊緣受壓區(qū)或者板底跨中受拉區(qū)。
（四）板底鋼筋應(yīng)力分析。在對板底鋼筋的應(yīng)力進行分析時，長向鋼筋和短向鋼筋需要使用不同的公式進行分析，通過測試分析后可以得出，板底鋼筋的應(yīng)力都比強度設(shè)計中的值要小，這就說明，樓板鋼筋的應(yīng)力滿足相關(guān)要求。縱向和橫向鋼筋的應(yīng)力值比較接近，這一特點符合雙向板兩個方向的理論受力情況。在對混凝土進行應(yīng)力分析后可以發(fā)現(xiàn)，實際測量的樓板混凝土的內(nèi)應(yīng)力要比混凝土軸心抗壓和抗拉強度的標準值要小，在樓板應(yīng)變量最大的位置，沒有出現(xiàn)樓板裂縫等問題。對混凝土板邊界條件進行分析后可以得出，混凝土處于受壓的狀態(tài)，從連續(xù)板的受力特點可以看出，該板邊界條件為固端，如果混凝土處于受拉的狀態(tài)，就說明板邊界條件為簡支。在混凝土構(gòu)件和碳纖維布協(xié)同工作中可以看出，在經(jīng)過各級加載以后，測量點的拉應(yīng)變處于相近的狀態(tài)，這就說明兩者之間是處于協(xié)同工作的狀態(tài)，從而證明加固取得較好的效果。在觀察第一級加載時，可以利用這一過程來分析，如果碳纖維布的應(yīng)變比混凝土構(gòu)件小，就說明膠水不足或者碳纖維布沒有平鋪，從而使碳纖維布延后接受拉力作用。
四、房屋安全鑒定檢測中的注意點
（一）對房屋進行鑒定和對新建建筑物進行鑒定具有一定的差別，在對文物或具有價值的古建筑物更需要注重鑒定的過程，不能因為加載而破壞建筑物。在房屋鑒定中，通常以年代較久或者既定的建筑房屋為主，這就使得構(gòu)件的承載力有可能減弱，所以在加載極限荷載值時需要根據(jù)房屋的實際情況進行加載，如果建筑的使用條件和設(shè)計情況已經(jīng)發(fā)生了一定的變化，就需要根據(jù)現(xiàn)有的情況和委托方的具體需求來進行加載，如果擬用的荷載值比原有的設(shè)計值小，可以適當?shù)膶υ囼灪奢d的極限荷載進行下調(diào)，但降低的范圍必須滿足安全使用的規(guī)定。
（二）在房屋鑒定的加載應(yīng)變試驗中，可能會出現(xiàn)計算應(yīng)變或撓度比實際值大的現(xiàn)象，這是由于：房屋鑒定中的加載沒有實現(xiàn)各跨荷載的最不利分布，或者是由于作用時間較短，沒有使構(gòu)件充分變形。
（三）如果房屋構(gòu)件的表觀出現(xiàn)缺陷時，可以適當?shù)膶ζ湓黾臃堑缺壤暮奢d，也就是說加荷載的重量會根據(jù)級數(shù)的增加而出現(xiàn)遞減的情況，這樣就能夠有效的減少由于荷載接近極限負荷而產(chǎn)生的危險，從而能夠提高對房屋危險問題的警惕。同時還需要觀察房屋構(gòu)件接受應(yīng)力最大的部位是否存在異常，或者現(xiàn)在已經(jīng)存在的缺陷能否加重，如果有異常情況發(fā)生，應(yīng)該立即停止試驗，并撤掉對房屋施加的荷載。
總結(jié)：
房屋安全鑒定檢測中使用靜電應(yīng)變法能夠真實而準確的反映出構(gòu)件在模擬加載中的形變和應(yīng)變，也能夠?qū)τ嬎阒休^為復(fù)雜的問題進行驗證，從而為房屋的安全使用提供了準確的依據(jù)。
參考文獻：
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摘要：
在光電子器件封裝中，光纖組件和陣列波導(dǎo)芯片之間微小位移的檢測對封裝效率有很大的影響。分析了目前光電子封裝存在的問題，并對幾種位移測量方法進行了比較，提出了基于電阻應(yīng)變式一維位移傳感器結(jié)構(gòu)。首先，對位移傳感器結(jié)構(gòu)進行了理論上的分析，得到了微位移與應(yīng)變的關(guān)系式；然后，采用ANSYS有限元分析軟件對傳感器的結(jié)構(gòu)的進行仿真分析，得到位移與應(yīng)變之間的仿真值；最后，把理論上的分析值與仿真得到的結(jié)果進行比較分析。結(jié)果表明，新型傳感器能夠檢測微米級位移，通過優(yōu)化彈性薄片的結(jié)構(gòu)和改變施力點的位置，可以有效的提高傳感器的靈敏度。
關(guān)鍵詞：
光電子器件；傳感器；ANSYS有限元分析；微位移
1引言
集成光電子技術(shù)是光纖通信的基礎(chǔ)，其顯著提高了光信息處理速度和容量，是支撐下一代光纖通信快速發(fā)展的關(guān)鍵器件［1］。而光電子封裝是制約光電子器件發(fā)展應(yīng)用的一個瓶頸［2－3］，目前的封裝方法主要是采用機器視覺進行觀測，并估算出相對間隙，這種方法存在以下兩個問題：1）因為光學本身的原因，視覺系統(tǒng)本身的分辨率低，精度不夠；2）視覺系統(tǒng)檢測屬于間接性的測量，無法實時的完成分析檢測。因此，研究耦合界面接觸時產(chǎn)生的微位移，對于光電子封裝的效率具有重要意義，一方面可以提高了耦合封裝時端面的對準精度；另一方面也可以與運動構(gòu)成閉環(huán)控制，對于提高光電子封裝的性能和后續(xù)封裝速度具有促進作用。可見，在光電子器件中對微位移的檢測是至關(guān)的重要，為了更好地實現(xiàn)微位移測量的實際需要，近年來也發(fā)展出了各種類型的位移傳感器，比如電容位移傳感器［4］，具有結(jié)構(gòu)簡單，分辨率高、動態(tài)反應(yīng)快等特點，但是其存在寄生和分布電容、存在非線性誤差等影響測量精度；電感位移傳感器［5］，具有靈敏度高、測量范圍廣、抗干擾能力強等優(yōu)點，但是其頻率響應(yīng)低，制作成本相對較高；光電式位移傳感器［7－8］，測量精度高、工作較穩(wěn)定，但是其設(shè)計的技術(shù)難度比較大，成本較高。而對于電阻應(yīng)變式位移傳感器［6］來說，其具有較高的靈敏度、結(jié)構(gòu)簡單、線性度好、工作穩(wěn)定，而且設(shè)計成本較低等優(yōu)點。結(jié)合光電子器件封裝特點以及存在的問題，最終采用了電阻應(yīng)變片位移傳感器來對陣列光纖與波導(dǎo)芯片之間的位移進行檢測，其測量基本原理是利用應(yīng)變片響應(yīng)的應(yīng)變與位移一一對應(yīng)關(guān)系，來進行標定實現(xiàn)其測量。
2光電子封裝的基本原理
光電子封裝是將輸入陣列光纖、波導(dǎo)功能芯片和輸出陣列光纖實現(xiàn)模場匹配的對準耦合，并釆用膠固化技術(shù)或爆接技術(shù)將各個模塊精確固化，獲得器件完整功能的生產(chǎn)過程，封裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。陣列光纖與波導(dǎo)芯片之間的耦合對準是封裝過程中的關(guān)鍵，兩者耦合間距非常小，僅為十幾微米，填充的UV膠量約為幾十納升。如果耦合距離過大，會導(dǎo)致膠量過多進而引起耦合損耗增加，反之，耦合距離過小會導(dǎo)致UV膠量過少固化的強度不足，影響光電子器件的穩(wěn)定性。由于耦合界面間的距離調(diào)整往往是依靠人的眼睛在顯微鏡下主觀性的判斷，偶然性較大，并且數(shù)據(jù)無法量化，調(diào)整難度大。因此，為了更好地測算出兩者之間的間距，設(shè)計了一種一維微位移傳感器結(jié)構(gòu)，如圖1安裝所示，在A、B處安裝傳感器，在A處的傳感器可以檢測到波導(dǎo)芯片與輸入陣列光纖之間的力以及微位移，同理在B處的傳感器也能檢測到波導(dǎo)芯片與陣列光纖的力以及微位移。通過傳感器測量的優(yōu)點體現(xiàn)為：一方面可以對間距進行量化，另一方面也可以實現(xiàn)時時檢測，真正實現(xiàn)波導(dǎo)芯片與陣列光纖的間距可控。為了測量耦合界面接觸壓力以及微位移，可以在陣列光纖夾具上安裝傳感器，傳統(tǒng)的傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化的傳感器［9］。在對傳感器施加外力作用時，產(chǎn)生微小機械變形，應(yīng)變片隨著被測對象發(fā)生變化而變化，此刻應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)改變，當測得應(yīng)變片電阻值改變量為ΔR時，知道其靈敏系數(shù)便可知被測對象的應(yīng)變值［10］：dLL＝εΔRR＝Kε（1）式中：R為電阻值（Ω）；K為靈敏系數(shù)；ε為金屬絲材料的應(yīng)變值；L為金屬絲的長度（m）；dL為伸長量（m）。傳統(tǒng)傳感器是一種結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)變片容易黏貼的位移傳感器。但在測位移時，在傳感器的末端作用點上施加一個作用力F時，會在末端產(chǎn)生一個很大的位移，在測量微小位移情況下，這個結(jié)構(gòu)效果不是很好，為了能夠提高傳感器測量靈敏度，所以必須進行結(jié)構(gòu)上的改進。在懸臂梁傳感器的基礎(chǔ)上進行部分優(yōu)化，在懸臂梁中心處開一圓形孔，通過仿真測量計算，總體效果并不是有明顯的改善。因此，為了更好地實現(xiàn)對微小位移的檢測，提出了一種新型傳感器結(jié)構(gòu)。
3新型傳感器結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析
通過增加應(yīng)變片的值，提高傳感器的靈敏度，設(shè)計了一種新型傳感器結(jié)構(gòu)如圖3所示，在矩形截面梁上開兩端不對稱的槽，在靠近施力點一端開上下對稱槽，作用近似為一固定軸；在另一端設(shè)計為一薄片，為應(yīng)變值最大處。在作用點施加作用力F時，使得薄片處應(yīng)變最大，此處上表面受壓應(yīng)力，下表面受拉應(yīng)力，所以在其上表面和下表面各貼一個應(yīng)變片A和B，當應(yīng)變梁發(fā)生形變，使得應(yīng)變梁上A、B應(yīng)變片電阻發(fā)生變化，橋式電路電橋平衡被打破，轉(zhuǎn)化為電壓信號。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，“U”型槽薄且間距短，在微小力的作用下，其位移量較小，因此在理論分析中忽略其位移變化，將其近似成一固定軸；水平剛性體相對于“U”型槽厚度及彈性體薄片較厚，相對形變較小，近似看作剛性體；彈性薄片很薄，且水平剛性體發(fā)生形變小，因此在分析受力過程中可以忽略彈性薄片對應(yīng)變的影響。假設(shè)固定軸距離右側(cè)薄板距離為L1，施力點最大位移處距離為L2，作用力為F1，最大應(yīng)變處力大小為F2，Δs為最大位移量，Δy為施力點最大位移量：Δy＝L2L1•Δs（2）b為薄的彈性片寬度，h為厚度，l為長度，E為彈性模量，則最大位移變化量為公式：Δs＝4F2l3bh3E（3）薄彈性片的支撐力約為F3，方向與最大應(yīng)變處力F2大小相等方向相反，l′為應(yīng)變片中心點到最大位移處距離，最大貼應(yīng)變片處應(yīng)變公式［6］：ε＝6F3（l－l′）bh2E（4）由式（2）～（4）得式（5）：Δy＝L2L1•2l3ε3（l－l′）h（5）
4彈性體有限元仿真分析
由于實驗可以布置的測點數(shù)量有限，而仿真可以得到整個結(jié)構(gòu)的力學參數(shù)，故通過仿真替代實驗對理論公式關(guān)于實際結(jié)構(gòu)的適用性進行分析［11］。采用ANSYS有限元軟件對彈性體整體結(jié)構(gòu)進行有限元靜態(tài)分析，在應(yīng)變分析求取方面具有高度可信的仿真結(jié)果。傳感器設(shè)計為85mm×10mm×10．2mm長方體結(jié)構(gòu)，施力面小圓柱凸起R1＝2．5mm，高度為1mm；靠近施力面上下對稱“U”型槽，切除的結(jié)構(gòu)構(gòu)成：長方體長寬高2mm×10mm×3．6mm，半圓R1＝1mm，離左側(cè)固定端5mm，剩余輔助彈性體厚度為1mm；右邊部分結(jié)構(gòu)構(gòu)成：上下四分之一半圓，半徑均為5mm，薄彈性體長寬厚6mm×10mm×0．2mm。通過ANSYS有限元軟件可以確定其結(jié)構(gòu)應(yīng)變量，同時對施力點位移變化情況進行分析，并對應(yīng)變片進行精確定位貼片，更能直觀地找出彈性體結(jié)構(gòu)中最敏感部位。
4．1網(wǎng)格劃分
本彈性體結(jié)構(gòu)采用硬鋁合金材料，硬鋁合金的彈性模量為72GPa，泊松比為0．33。在ANSYS建模將實體模型轉(zhuǎn)換為有限元分析模型時需要劃分網(wǎng)格。在對彈性體結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分時，單元類型選用SOLID95高精度實體單元，并采用智能網(wǎng)絡(luò)劃分控制，選擇劃分精度后由ANSYS自動劃分后，對貼應(yīng)變片處的敏感部位再進行精確劃分。
4．2仿真計算
彈性體是梁式結(jié)構(gòu)，在對彈性體進行施力仿真前，需對彈性體左側(cè)施加面X、Y、Z軸上施加約束力，右側(cè)施加面Y軸上施加約束力，在施力位置點施加集中載荷力F。通過求解，可得到彈性體整體變形狀況以及最敏感處的應(yīng)變，通過應(yīng)力、應(yīng)變以及位移等值線或曲線圖［12］，就可以了解應(yīng)力、應(yīng)變以及整移的分布情況。由于應(yīng)變片敏感柵具有一定的區(qū)域，不同長度、寬度處的應(yīng)變值不同，因此不能使用一條在線的應(yīng)變值代表整片應(yīng)變片的變形量［10］，所以采用均值法求得應(yīng)變。設(shè)計選用半導(dǎo)體應(yīng)變片的敏感柵長為5mm，寬0．32mm。因此，采用路徑映射將應(yīng)變值映射到選定的一條路徑上，即敏感柵左右邊界處，每一條路徑化分50個節(jié)點，即將5mm均分50等份，標示每一節(jié)點上的應(yīng)變?yōu)棣舏，則求得一條直線上的平均應(yīng)變變化值珋εn，把寬度0．32mm均分為十條直線，每條直線上的應(yīng)變?yōu)楂€εn，通過對10條直線上的平均應(yīng)變值求解，便可得所求應(yīng)變值。
4．3傳感器的有限元分析
在光電子器件封裝過程中，波導(dǎo)芯片與陣列光纖之間接觸力比較小，為了實現(xiàn)其在同等力情況下，傳感器彈性薄片應(yīng)變量最大，因此在整個仿真實驗中設(shè)定其厚度為0．2mm。在施力點A處施加力F時，傳感器X軸應(yīng)變仿真云圖如圖4所示，仿真應(yīng)變最大值集中在彈性薄片上，與分析結(jié)果相一致。為了更好地驗證傳感器的性能，在傳感器的施力點施加1～10N的垂直力，通過上述數(shù)據(jù)處理方法，得到在X軸上應(yīng)變集中處的應(yīng)變量，以及在施力點上的Z軸位移變化量，數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表1所示。為與此結(jié)構(gòu)比較，懸臂梁傳感器結(jié)構(gòu)長寬高均取相同值，改進型傳感器圓孔處于傳感器中心，半徑為5mm。根據(jù)上述數(shù)據(jù)處理方法，可得X軸應(yīng)變量和Z軸位移量。從圖5中可以看出，在施力點產(chǎn)生同樣的位移時，設(shè)計的新型傳感器中應(yīng)變量明顯高于傳統(tǒng)型懸臂梁傳感器和改進型傳感器，靈敏度更高。為檢驗彈性薄片長度l、U型槽到施力點的距離L2與均值應(yīng)變與施力點最大位移的比值之間的關(guān)系，通過上述ANSYS有限元分析方法以及數(shù)據(jù)處理方法進行逐一實驗驗證。根據(jù)絕對誤差的定義為測量的實際值與被測量的理想真值之差，相對誤差的定義為絕對誤差與被測量的真值之比［13］。彈性薄片長度l是變量時，假設(shè)l＝6mm為起始點每次增加0．5mm，通過理論計算以及ANSYS有限元分析實測均值應(yīng)變與施力點最大位移的比值之間的關(guān)系，如表2所示。施力點位移L2是變量時，假設(shè)L2＝7mm處為起始點每次增加0．5mm，通過理論計算以及ANSYS有限元分析實測均值應(yīng)變與施力點最大位移的比值之間的關(guān)系，得到如表3所示。通過ANSYS仿真實驗得到表1的結(jié)果，從中可以看出，當其他條件不變時，彈性薄片長度l越長，彈性片上的均應(yīng)變與施力點的最大位移比值越小，與理論分析結(jié)果相一致。除在l＝6mm時誤差較大外，其他值時誤差較小，也說明在理論推導(dǎo)條件下，l越短彈性薄片在整個結(jié)構(gòu)的影響因素就越大。通過ANSYS仿真實驗得到表2的結(jié)果，從中可以看出，當其他條件不變時，施力點位移L2越長，彈性片上的均應(yīng)變與施力點的最大位移比值越小，與理論分析結(jié)果相一致。由于測量的實際結(jié)果與理論值之間的誤差值一致，因此可以通過軟件的方式減少相對誤差值。
5結(jié)論
設(shè)計了一種新型的傳感器結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化傳感器彈性元件參數(shù)可以有效地提高傳感器的靈敏度，與傳統(tǒng)的位移傳感器相比，此傳感器適合于微位移的測量需求。
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關(guān)鍵詞：扭矩；傳感器；趨勢
引言：
助力自行車，又稱助力式電動自行車，是一種介于自行車與電動車之間的騎行工具，通過電力輔助人力提供給自行車行進中所需要的動能，它是人們追求高效、便捷、健康、環(huán)保的生活方式的產(chǎn)物。
目前市場上助力自行車絕大多數(shù)采用速度傳感器，通過反饋速度（即人踩腳踏板的速度）的大小來控制電機的驅(qū)動力。電機輸出的驅(qū)動力與速度大小成正比，進而實現(xiàn)助力的目的。然而，基于速度檢測的助力自行車，在普通路況下有一定的助力效果。但遇到逆風或上坡等高阻力、重負荷的路況時，由于人騎行的車速本身較低，所以電機輸出的驅(qū)動力也較小，無法達到助力的目的，騎行效果較差，不能被主流市場所接受。因此，最佳的方案應(yīng)采用力矩傳感器，通過反饋人踩腳踏板的力的大小來控制電機驅(qū)動力的大小，力矩越大，驅(qū)動力越大。目前國內(nèi)外主要采用的扭矩傳感器有以下幾種：逆磁致伸縮效應(yīng)、轉(zhuǎn)矩位移轉(zhuǎn)換方案、應(yīng)變片檢測方案、轉(zhuǎn)矩磁阻轉(zhuǎn)換方案。
1、逆磁致伸縮效應(yīng)
物質(zhì)有熱脹冷縮的現(xiàn)象。除了加熱外，磁場和電場也會導(dǎo)致物體尺寸的伸長或縮短。鐵磁性物質(zhì)在外磁場作用下，其尺寸伸長（或縮短），去掉外磁場后，其又恢復(fù)原來的長度，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象（或效應(yīng)）。反過來通過外力使得物體尺寸發(fā)生變化，物質(zhì)的磁場也會發(fā)生變化，此現(xiàn)象被稱作為逆磁致伸縮效應(yīng)。如圖一所示作用在受力軸上的扭力將使得其上面粘貼的逆磁致伸縮材料的磁特性發(fā)生改變，再轉(zhuǎn)化為電信號測得轉(zhuǎn)矩。
此類型扭矩傳感器，在日本歐洲市場上普遍使用，日本松下、YAMAHA在90年代就開始研發(fā)此類型扭矩傳感器，用于其自主品牌的助力自行車中置電機系統(tǒng)；近年來德國FAG也開發(fā)了基于逆磁致伸縮效應(yīng)的扭矩傳感器，用于Bosch的中置電機系統(tǒng)上；Thun不同于以上幾家，把扭矩傳感器集成在中置電機系統(tǒng)內(nèi)，Thun開發(fā)了能夠安裝于自行車五通內(nèi)的中軸扭矩傳感器，從而給使用輪轂電機的整車系統(tǒng)，裝上扭矩傳感器提供了可能，以及方面性如圖二所示，但是由于此方案采用特殊材料，在國內(nèi)目前沒有普遍使用，由于開發(fā)難度大，開發(fā)成本高，不適合產(chǎn)品初期開發(fā)，但其材料及加工成本低，適合長遠發(fā)展。
圖一逆磁致伸縮效應(yīng)示意圖
圖二 Thun中軸扭矩傳感器示例
2、轉(zhuǎn)矩位移轉(zhuǎn)換
該類扭矩傳感器利用受力軸受到扭力作用后在彈性原件上產(chǎn)生位移信號，轉(zhuǎn)矩與產(chǎn)生位移成正比。如圖三中標號9的彈簧壓縮量和力矩成比例。即：轉(zhuǎn)矩信號轉(zhuǎn)化為位移信號，再將位移信號通過電磁轉(zhuǎn)換測得轉(zhuǎn)矩值。
更為具體的，該方案可以利用兩對線性霍爾傳感器，例如a， A當扭力軸未受到扭力的時候a和A輸出信號保持同相位，當受到力矩以后a和A兩個霍爾輸出信號產(chǎn)生相位差，其相位差正比于扭矩大小，如圖四所示，但是此方案對安裝尺寸要求高，在初次安裝時候需要嚴格對準a和A信號的初相位，不利于生產(chǎn)，并且在后期使用過程中，例如車輛倒砸，都可能會照成信號的移位，產(chǎn)生扭矩檢測的漂移。
圖三 扭矩位移示意圖
圖四 扭矩位移信號示意圖
3、應(yīng)變片方案
該方案原理是受力軸受到扭力后，粘貼在受力軸上的應(yīng)變片電阻值發(fā)生變化，通過檢測電阻應(yīng)變橋的差分信號，即可測得受力軸上的扭矩。應(yīng)變片方案又分為接觸式和非接觸式，接觸式普遍采用導(dǎo)電滑環(huán)方式進行信號，以及電源傳輸，該方案存在最大轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)動壽命問題，并且隨著轉(zhuǎn)動次數(shù)的增加，信號的接觸電阻會逐漸發(fā)生變化，影響其性能。近年來不少公司開發(fā)了非接觸檢測方案，通過電磁感應(yīng)方式供電，無線傳輸信號；根據(jù)軸的剪切原理，電阻應(yīng)變片一般粘貼于和成軸承45°方向，這樣電阻應(yīng)變片中金屬絲成最大應(yīng)變范圍。電阻應(yīng)變片方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用在測功機轉(zhuǎn)矩測量領(lǐng)域，成本低且可靠性較高。
圖五 電阻應(yīng)變片粘貼示意圖
4、轉(zhuǎn)矩磁阻方案
該方案原理是受力軸受到扭力后，受力軸兩端的齒輪位置發(fā)生相對變化，通過測量齒輪上的磁阻變化測得受力軸兩端的應(yīng)變角度變化，進而推算出受力軸上的扭矩，如圖六所示。此方案已廣泛應(yīng)用在EPS中的轉(zhuǎn)矩測量領(lǐng)域，可靠性高。
5、各個方案對比分析
綜上所述，各個方案的扭矩傳感器對比如圖七所示，從短期發(fā)展來看，應(yīng)變片檢測方案簡單易實現(xiàn)，成本低且可靠性較高，在產(chǎn)品開發(fā)初期不失為一種很好的選擇，但此方案可復(fù)制性高；因此，從長遠發(fā)展來看，逆磁致伸縮效應(yīng)方案將是中置系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：橋梁檢測；橋梁診斷；可靠性
橋梁檢測與診斷是關(guān)系到橋梁質(zhì)量安全的重要部分，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁檢測與診斷技術(shù)均在不斷的發(fā)展與完善。但從其整體作用程度看，其可靠性需要進一步的證實。
1 橋梁檢測
橋梁檢測是檢測人員采取一定的技術(shù)手段來了解橋梁的已存在或潛存的病害及其發(fā)生部位、病害級別、產(chǎn)生原因、影響等多種情況，從而為橋梁的病害治理及維護技術(shù)等提供科學的數(shù)據(jù)支撐，在保證橋梁安全系數(shù)的前提下保證其承載量。
1.1 電阻應(yīng)變測試技術(shù)的可靠性分析
1.1.1 電阻應(yīng)變測試技術(shù)
電阻應(yīng)變測試技術(shù)在橋梁檢測中的應(yīng)用主要是通過在橋梁的鋼筋砼結(jié)構(gòu)的應(yīng)變檢測中采用電阻應(yīng)變片，利用應(yīng)變片、應(yīng)變儀與只是記錄器組成的測量系統(tǒng)對橋梁的具體承載量等進行檢測，該項技術(shù)在橋梁、房屋建筑等土木工程建設(shè)過程中的作用愈加突出。
1.1.2 電阻應(yīng)變測試技術(shù)的可靠性分析
測量速度快、靈敏度高及其在短期內(nèi)性能相對穩(wěn)定是電子應(yīng)變測試技術(shù)在橋梁檢測中應(yīng)用的主要原因，其靈敏度和穩(wěn)定性保證了其測量的可靠性。且電阻應(yīng)變測試技術(shù)的主體是應(yīng)變片，應(yīng)變片的加工過程簡易，橋梁施工中可以直接將其埋入橋梁結(jié)構(gòu)中不影響橋梁的整體結(jié)構(gòu)。在電阻應(yīng)變測試技術(shù)也存在長導(dǎo)線電阻、潮濕環(huán)境等電阻應(yīng)變測試技術(shù)發(fā)展的缺點。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電阻應(yīng)變測量技術(shù)中材料和工藝也不斷完善中，目前應(yīng)變片的材料多數(shù)采用敏感柵及粘接劑材料，受環(huán)境因素的影響越來越小。隨著工藝的深化，電阻應(yīng)變測量技術(shù)會逐漸完善，對橋梁的相關(guān)結(jié)果的檢測可靠性也會愈加穩(wěn)定，適宜在道路橋梁等土木工程建設(shè)中推廣、利用。
1.2 混凝土橋梁外觀檢測技術(shù)
1.2.1 混凝土橋梁外觀檢測技術(shù)
混凝土橋梁外觀檢測法主要是通過直觀的觀察混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁出現(xiàn)裂縫或其他病害的檢測方法，此種方法是最直觀的也是最常使用的檢測方法。
1.2.2 混凝土橋梁外觀檢測技術(shù)的可靠性分析
許多橋梁的病變的是源自橋梁的內(nèi)部構(gòu)造，待其惡化到一定程度時才會通過外觀的裂變或具體的病變表現(xiàn)出來，因而混凝土橋梁外觀檢測技術(shù)不能檢測出其橋梁內(nèi)部是否存在質(zhì)量隱患。混凝土橋梁外觀檢測技術(shù)對橋梁檢測確有一定的作用，但對深層次的檢測考慮其可靠性低，不適宜在橋梁等影響國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要交通建筑物上使用。
1.3 結(jié)構(gòu)靜載實驗檢測技術(shù)的可靠性分析
1.3.1 結(jié)構(gòu)靜載實驗檢測技術(shù)
結(jié)構(gòu)靜載實驗檢測技術(shù)是一種針對于識別橋梁損傷的重要檢測方法，橋梁進行靜載實驗過程中關(guān)于橋梁的結(jié)構(gòu)、性能等相關(guān)的數(shù)據(jù)會具體的表現(xiàn)出來。進行該項實驗前檢測人員要根根據(jù)實驗的要求及目的對橋梁進行相關(guān)的考核，并根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)圖紙、相關(guān)建設(shè)資料進行分析以確保可以符合該項技術(shù)的檢測要求；實驗過程中第一步要進行荷載實驗，通過儀表觀測各種數(shù)據(jù)，為橋梁的結(jié)構(gòu)靜載實驗提供核心的數(shù)據(jù)支持；通過荷載實驗得出的數(shù)據(jù)，檢測人員要進行詳細的數(shù)據(jù)計算與分析。主要的數(shù)據(jù)計算有截面應(yīng)力值、變形值、測試試驗點應(yīng)力值等，檢測人員通過對各種計算結(jié)果的分析可以得出實驗橋梁的剛度、抗裂性及承載量等方面存在的問題或病變，為橋梁病變的治理與修護提供了方向。
1.3.2 結(jié)構(gòu)靜載實驗檢測技術(shù)的可靠性分析
結(jié)構(gòu)靜載實驗檢測技術(shù)通過對橋梁的荷載情況進行核心測量，通過數(shù)據(jù)計算和分析，檢測人員可以更加具體的掌握橋梁的問題或病變情況，為橋梁的治理提供了較為精確的指導(dǎo)。但由于該項技術(shù)檢測耗時較長，因而所需要的費用較高，普及度較低。
綜合分析結(jié)構(gòu)靜載實驗檢測技術(shù)對橋梁檢測的優(yōu)缺點，作者認為結(jié)構(gòu)靜載實驗是檢測橋梁問題的有效方法。隨著技術(shù)的不斷完善，實驗的時間和費用消耗會得到更加合理的控制，對推進該項技術(shù)的進一步推廣有很大的受益。
2 橋梁診斷
橋梁診斷是繼橋梁檢測后更為具體的橋梁病變治理過程，其主要是將橋梁檢測中得出各項數(shù)據(jù)進行更深層次的分析，以明確橋梁具體的病變類型和病變部位。
2.1 神經(jīng)玩網(wǎng)絡(luò)診斷方法的可靠性分析
2.1.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是測定橋梁損傷的智能診斷，其通過有限元法或能量法等，將參數(shù)的樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過運算輸出的數(shù)據(jù)便是橋梁的結(jié)構(gòu)缺陷，即問題所在。
2.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法的可靠性分析
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的非線性放射性特征對診斷混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中潛存的損傷的效果非常明顯，是對橋梁檢測結(jié)果的有效的診斷，通過該方法檢測人員可以最終得出關(guān)于橋梁的修護的具體方案，強化了橋梁的交通運輸功能。目前從BP網(wǎng)絡(luò)模型、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)模型損傷檢測模型的研發(fā)并推廣程度可知，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對橋梁的診斷功能會逐漸完善，其可靠性值得肯定。
2.2 動力指紋分析法的可靠性分析
2.2.1 動力指紋分析法
動力指紋分析法是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時其結(jié)構(gòu)參數(shù)的便會對動力指紋的影響而得出的對比數(shù)據(jù)，因而動力指紋分析法有為對比法。損傷檢測數(shù)據(jù)庫內(nèi)涵蓋了橋梁的具體損傷位置及程度等具體數(shù)值，通過將橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測出的精確數(shù)值與數(shù)據(jù)庫資源進行比對，檢測出的數(shù)值與數(shù)據(jù)庫中的具體數(shù)值最為接近的便是橋梁最有可能發(fā)生病變的部位。
2.2.2 動力指紋分析法的可靠性分析
動力指紋分析法進行數(shù)據(jù)對比分析時，其主要作用的指紋包括振型及其曲率、頻率、應(yīng)變模型、MAC、模態(tài)柔度矩陣等。從動力指紋分析法的總體發(fā)展情況分析可知，其敏感度不足，因而在就橋梁進行結(jié)構(gòu)損傷診斷時要耗費大量的時間進行數(shù)據(jù)檢測以促使檢測得到的數(shù)據(jù)有與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)相接近的數(shù)值，以最終斷定橋梁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷的具置。該種診斷方法下診斷人員的工作量大，但得出的數(shù)值的精確程度有待對比分析，因而其雖在橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷方面發(fā)揮了一定作用，但其規(guī)模化利用的可靠程度不高。
3 結(jié)束語
橋梁的檢測與診斷是以精確的檢測和數(shù)據(jù)計算最終判定橋梁發(fā)生病變的位置及病變程度的唯一方式。從目前橋梁病變、損傷的檢測與診斷方式、方法總結(jié)可知，我國的橋梁檢測與診斷技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進步。但從我國橋梁發(fā)生坍塌、裂變等其他危險事故的發(fā)生頻率分析可知，我國該方面的整體技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。
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