应变片的种类和应用

应变片的种类和应用

应变片主要有两种，电阻应变片和光学应变片。

一．光学应变片：

光学应变计一般采用不超过4-9 微米直径的布拉格光栅玻璃纤维制造。一般来说,人的头发直径为60-80微米。纤维芯被直径大约125 微米的纯玻璃覆盖层所包围。

基于布拉格光栅的应变片有以下优势：

1. 对电磁场不敏感。

2. 可以用于可能爆炸的环境。

3. 高震动负载情况下，材料（玻璃）不会产生故障。

4. 可以测量更大的应变，一般电阻应变片的最大应变为数百微应变，而光学应变片的可测量的最大应变为7000微应变。

5. 更少的连接线，因此会对测试物体产生更少的干扰。

6. 互连需要大量的传感器，不同的布拉格波长可以集成在一个光纤中。

二．电阻应变片：

电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。

半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。

应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。

金属电阻应变片品种繁多，形式多样，常见的有丝式电阻应变片和箔式电阻应变片。

箔式电阻应变片是一种基于应变——电阻效应制成的，用金属箔作为敏感栅的，能把被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。应变片有很多种类。一般的应变片是在称为基底的塑料薄膜（15-16μm）上贴上由薄金属箔材制成的敏感栅（3-6μm），然后再覆盖上一层薄膜做成迭层构造。

而应变片有很多分类方法：

比如按材料分可分为：

而按结构分可分为：单片，双片，特殊形状；

按使用环境可分为：高温、低温、高压、磁场、水下；

应变片的应用：

应变片的应用十分广泛，可测量应变、应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。应变片的应用可分为两大类：第一类是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路。第二类是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。

应用实例：

1电阻应变测试技术在土木工程中的应用

应变计电测作为一种无损检测技术在各类工程结构中得到广泛应用。但是电阻应变片的测试结果受温度、湿度、导线长短等环境因素的影响极大。如何处理好这些问题是电阻应变片在土木工程中应用的关键。

应变计电测使用电阻应变片可分为两种方法，一种是将应变片直接粘贴在某一受载零件表面上进行测量。这种方法简单，但不够精确。

另一种方法是将应变片粘贴在弹性元件上制成传感器，受载后建立载荷与电阻变化间的函数关系，通过预先确定的载荷标定曲线获得测量的载荷值。所获的测量结果比较准确。

2测定载荷

各种结构物工作运行中要承受各种外力的作用，工程上将这些外力称为载荷。载荷是进行强度和刚度计算得主要依据。通常在设计时确定载荷有三种办法。即类比法、计算法和实测法。下面介绍实测法中的电阻应变法测定载荷。

电阻应变法测定载荷的方法是利用由应变片、应变仪和指示记录器组成的测量系统进行载荷值的测量。先将应变片粘贴在零件或传感器上，在零件受载变形后应变片中的电阻随之发生变化，经应变仪组成的测量电桥使电阻值的变化转换成电压信号并加以放大，最后经指示器或记录器显示出与载荷成比例变化的曲线，通过标定就可以得到所需数据值的大小。

这种方法现已广泛应用于各种构造物的载荷测定，如船闸、桥梁以及房屋建筑等工程领域。3智能健康监测

大型、重要的土木工程结构，如桥梁、超高层建筑、电视塔、水坝、核电站、海洋采油平台等，其服役期长达几十年甚至上百年，在疲劳、腐蚀效应及材料老化等不利因素影响下，不可避免的产生损伤累计甚至产生突发事故。虽然一些事故发生前出现了漏洞、塌陷、开裂等征兆，但因缺乏报警监测系统，无法避免事故的发生。因此，对现存的重要结构和设施进行健康检测，评价其安全状况，修复、控制损伤及在新建结构和设施中增设长期的健康检测系统已成为必须。

目前，钢筋结构的应变监测普遍使用电阻应变片，将之粘贴在结构表面上后埋入砼内，对钢筋砼结构进行实时/在线的智能健康监测。