[经验]

特定温度条件下的应变测量方案

2009-5-4 17:45:04

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本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 10:04 编辑

高低温条件下的应变测量，在许多科技及工业部门有着日益广泛的应用和重要意义。特别是航空、航天、核工程、化工和动力工程中很多机械、设备处于高温或低温下工作，除了解决材料本身的高低温强度问题外，还迫切需要进行模型或材料在热（冷）态工况下的应力应变测量，特别是在高温环境中，测量条件较恶劣，因此与常温条件下电阻应变测量比较，有一定的难度。

1、采用高温/低温应变片进行测量
高温或低温条件下的应变测量　现在已经有适用于－270～800℃的各种类型的电阻应变计和粘结剂。进行短时间的动态应变测量时，环境温度可高达1000℃。在高温或低温条件下，应变计的热输出常常超过所测的应变，故必须采取有效的补偿方法。但由于这种热输出的分散性大和重复性差，不能做到完全补偿。另外，粘结剂的蠕变、绝缘电阻的变化和敏感栅的氧化等，也会引起应变读数的变化，加上灵敏系数随温度改变，及其测量的误差，都会影响应变测量的准确性。因此，用电阻应变计测量高温或低温条件下的应变时，其精度比常温条件下差。

2、光纤应变传感器
光纤应变传感器是一种用于检测物体应变的光纤传感器,它采用一根光纤同时用于输入和输出光且可和传感头分为二体,传感头采用一张二侧分别贴有偏振膜和全反射膜的光弹膜片.本发明具有测量精度高、价格便宜、使用方便等优点,适合于测量各种物体表面和内部的应变.

但是光纤光栅传感器对温度和应变都是敏感的，即温度、应力均能引起布拉喇光栅中心波长的漂移，这就是交叉敏感。在进行应变测量时，很多情况下往往是忽略了温度的影响，但是在精确的测量中，需采用有效手段来解决这个问题，尤其是在高温条件下进行的应变测量。

3、新型光学应变传感器
传感器系统硬件，由激光源、2个位敏传感器、2个633nm带通滤波器、会聚透镜和光栅组成。测量方法主要测量步骤如下： ①试样与衍射光栅的准备工作类似于莫尔干涉仪； ②在100~500mm之间确定位敏传感器到光栅的距离L，并输入到计算机软件。不能选择L=250mm； ③加负荷前的初始试验是测量x10和x20的平均值； ④对试样加压，测量新的x1和x2的平均值； ⑤利用方程(6)计算应变。
如果激光束不能垂直入射到试样表面，将引起严重的测量误差。这种激光束的误准直是难以消除的，除非光栅到激光器的反射零级光束与入射光束重合。
对传感器系统产生重要影响的是位敏探测器噪声引起的误差和A/D转换器噪声误差以及入射激光束与试样法线方向的偏离引起的系统误差。 1、无规噪声误差传感器系统的无规噪声限制了系统的测量灵敏度和空间分辨率。位敏探测器的4个主要噪声源是： ①与光源有关的强度噪声； ②放大器电压噪声； ③反馈电阻产生的热噪声； ④直流光电流引起的散粒噪声，其大小随光斑位置在位敏探测器接收面上位置的变化而改变，中心的噪声最小，边缘的噪声最大。

4、应用数字图像处理技术测量
数字图像处理技术即数字图像相关性技术，它利用专有的数学相关性算法来分析数字图像数据（对应力对象的抽样时获取的）。在测试过程中抓取到的连续图像，显示出样本在受到外部机械应力影响后表面所发生的改变。
此方法很少受到周围环境的影响，是非接触的应变测量方法，误差小，准确性高，应用灵活；同时此方法可量测整场区域变形，并非局限在单点量测，可轻易寻找到临界破坏点，即使是复杂结构或是复杂荷重情形，操作也比较便利，简单白光照明即可。此系统目前主要被工业、企业、高校、军事单位和***单位应用在材料测试、碰撞实验、无损检测、振动分析、高速测量项目、有限元算法验证、生物测试等领域。
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