用于特殊环境的薄膜应变计的制备与表征

使用磁控溅射制备了卡玛合金薄膜应变计,研究了退火温度对薄膜微观结构的影响,测试了薄膜的电学性能以及压阻响应特性,并进行了环境实验。结果表明,随着退火温度升高,薄膜的电阻率逐渐下降,电阻温度系数则逐渐升高,在室温下有最小的电阻温度系数(TCR),约为59.9×10^(-6)/℃,经过200℃退火处理的薄膜应变计的应变灵敏度系数(GF)为2.2,TCR为64.4×10^(-6)/℃。经历温湿循环、盐雾、霉菌试验后,薄膜的压阻特性变化不大,能耐受海洋特殊环境。

高温退火对合金衬底上PtW薄膜应变计性能影响研究

为实现航空发动机热端部件健康监测,采用磁控溅射技术在GH4169高温合金基板上制备了一种耐高温的PtW薄膜应变计。该应变计由NiCrAlY过渡层、热氧化生成TGO层、YSZ/Al_(2)O_(3)复合绝缘层和PtW功能层构成。采用SEM和EDS分析了退火前后PtW薄膜的微结构。研究结果表明,退火后PtW薄膜晶粒长大,电阻率下降,W元素含量减少且在晶界处发生富集。通过悬臂梁施加应变,研究了退火前后PtW薄膜应变计在室温~600℃下的应变敏感性能。结果表明,其应变灵敏系数均随温度升高而逐渐降低,且退火后薄膜应变计的应变灵敏系数随温度变化更为显著。该PtW薄膜应变计应变测量量程超过1400με且重复性良好,在航空航天高温部件表面应变测试领域具有广阔的应用前景。

基于PCA-GA-BP的高温动态应变计精度预测研究

高温动态应变计作为热端部件应力、应变检验的重要工具,其测试精度会直接影响其测试结果的准确性。针对目前高温动态应变计测试能耗大、测试周期长等问题,对其敏感栅结构参数进行主成分分析(PCA),运用遗传算法(GA)优化后的神经网络(BP),对高温动态应变计的测试精度进行预测。与几种传统的预测方法比较后得出结论:GA优化后的BP神经网络的预测精度明显高于其他算法,对于高温动态应变计测试精度的预测效果具有适用性。

镍基合金上FeCrAl薄膜应变计的制备与性能

薄膜应变计是航空发动机涡轮叶片应变测量的可靠选择。本文以FeCrAl合金为敏感材料,在镍基合金DD6上制备了多层薄膜材料体系的FeCrAl薄膜应变计,并测试了不同温度环境下应变计的应变性能。结果表明,20℃,200℃,400℃和600℃时的应变灵敏系数为2.41,2.68,3.16和3.70;200℃,400℃和600℃的电阻温度系数为567.5ppm/℃,534.1ppm/℃,517.3ppm/℃,电阻漂移率为0.00118h^(-1),0.00167h^(-1),0.00181h^(-1)。

基于核主成分分析的高温动态应变计疲劳寿命预测

高温动态应变计作为航空发动机部件应力、应变检测的重要工具,一旦发生疲劳破坏会直接影响其测试结果的可靠性。针对目前应变计测试耗时长、使用寿命离散程度高等问题,对高温动态应变计敏感栅结构参数进行基于多类型核函数的核主成分分析(KPCA)。采用最佳的核函数对应变计疲劳寿命影响因素进行降维,得出栅丝直径、弯数、涂层厚度为主要影响因素;为解决降维后应变计疲劳寿命预测精度差、收敛速度慢等问题,运用遗传算法(GA)优化反向传递(BP)神经网络,即通过遗传算法对神经网络中权值和阈值进行参数寻优,应用于高温动态应变计疲劳寿命的预测,并与几种传统的预测方法进行了比较。结果表明:GA优化后的BP神经网络预测的绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)均有所减小,对于高温应变计疲劳寿命的预测效果更可靠。

敏感栅结构参数对金属丝式应变计精度研究

金属丝式应变计作为内燃机测试中的重要工具,其测试精度直接关乎到实验结果的可靠性。为提高金属丝式应变计的精度特性,本文以应变计中敏感栅结构参数为变量,通过有限元仿真的方式来计算应变计的测试误差,并在此基础之上提出一种因粘贴应变计而带来的干扰误差。通过改变敏感栅的结构参数来对应变计的误差规律进行研究。结果表明:栅丝直径越大,误差越大;长度、间距、弯数的变化,使误差存在最小值;弯数的变化,使贴片处干扰误差不能忽略,其他结构参数的变化对干扰误差的影响可以忽略不计。

NiCrAlY薄膜应变计的研制

采用射频磁控溅射法在Ni基高温合金拉伸件上制备Ni Cr Al Y薄膜应变计。研究了热稳定处理对Ni Cr Al Y薄膜结构、表面形貌的影响,并且测试了Ni Cr Al Y薄膜应变计的电学与应变性能。结果表明：热稳定处理后Ni Cr Al Y薄膜应变计由于在表面形成了一层Al2O3膜,具有抗高温氧化的特性,在室温~800℃范围内,应变计电阻同温度呈线性变化,电阻温度系数（TCR）约为290×10^-6/℃,室温下的应变计系数（GF）为2.1。

应变计灵敏系数测定装置中标定梁的优化设计(一)

本文从理论分析入手，结合实际使用的需要，对应变计灵敏系数测定装置中的标定梁横截面形状及其尺寸的优化设计从理论上进行了初步探讨；文中新推出一个公式揭示了梁表面应变值ε、应变区长Ｚ内的应变均匀性δｐ与梁厚ｈ四者之间的数量关系式。为高精度应变计灵敏系数测定装置提高精度和标定梁的合理使用提供了理论依据。为各国应变计标准涉及应变计灵敏系数测试装置中标定梁的有关条文的制定和修改提供了理论依据，并用实验证明了矩形截面梁在纯弯矩的作用下，中性线实际变形不是圆弧形而是抛物线形。

从应变计现状看电阻式传感器的前景

电阻式传感器的核心部件——电阻应变计是目前最常用的应力分析的敏感元件.也常用于测量力、压力、扭矩和加速度等物理量.作者简要回顾了电阻应变计的发展历史,介绍了电阻应变计的结构、分类及现状,展望了电阻式传感器的前景.

光纤多轴应变计

本文介绍了一种用于应变测量的新型元件——光纤多轴应变计。这种元件的测量原理与以往的金属敏感栅测量原理截然不同，测量部分为光信号调制，具有灵敏度高、不受电磁干扰、耐高温、传输距离远等特点。本文对这种应变测量元件做了理论上的分析及实验研究，确定了光纤多轴应变计的测量方案，从而得到点的应力状态。文中还介绍了应变计的测量电路和温度补偿方法。对于这种新型光学应变计来说，作者对其性能与电阻应变片做了初步比较与探讨，这项工作还将继续下去。

混凝土振弦式应变计测试技术研究

基于振弦式混凝土应变计的测试原理,在现场试验的基础上,对桥梁工程中应变测试的温度变化影响作了深入的探讨,分析了振弦式应变计的自由应变的温度影响以及约束温度应变的计算方法;提出了针对振弦式应变计的温度影响修正公式;同时对水化热影响的消除办法进行了分析探讨;提出了用测试应变反映混凝土应力的处理方法,并以荆州长江公路大桥为例介绍了这种消除办法和处理方法的应用效果。

电阻应变计技术六十年(7)——国内外电阻应变计计量标准的进展

本文简要介绍美、日等国有关电阻应变计计量标准的进展和OIMLN.62建议的概况。

关于影响空心包体应变计地应力测量精度若干因素的讨论

空心包体应变计法测量地应力较其他地应力测量方法具有精度高、一次可测得三维应力的特点。蔡美峰教授对测量探头进行改进对最初的围压率定公式进行修正,大大提高空心包体地应力测量的精度。但是目前,空心包体地应力测量在实际操作、电路情况、温度变化以及率定公式等方面仍然存在一些误差。通过对国内目前使用的两种空心包体应变计探头在测量电路和温度补偿方面产生误差的大小和原因进行综合比较、分析,指出13线探头在电路方面产生的误差较小,而15线探头在温度补偿方面性能更优。详细分析目前使用的围压率定修正公式,指出蔡美峰教授推导的围压率定修正公式虽然较最初的率定公式在精度上有很大提高但未考虑树脂层受压产生抗力的影响,因此与实际情况也存在一定出入,并推导了完整形式的公式。

NiCr高温薄膜电阻应变计制备及耐高温性能研究

针对高温环境下应力应变测试的技术难题,提出了一种以NiCr薄膜为敏感材料的高温薄膜应变计的制备方法,并对薄膜应变计敏感层的耐高温性能进行研究。研究发现,NiCr薄膜在高温下微观结构、成分发生明显转变,电学性能急剧下降。对添加SiN_xO_y和ITO薄膜后的NiCr薄膜分别进行高温测试发现,NiCr薄膜结构、性能没有明显改变,表明SiN_xO_y和ITO薄膜保护下的NiCr薄膜高温下性能稳定。所制的高温薄膜应变计在50~350℃内电阻温度系数为（80~787）×10-6/K,常温下应变灵敏系数为1.19,机械滞后为5.02,高温下的应变测试性能有待进一步研究。

空心包体式钻孔三向应变计地应力测量的研究

对空心包体式钻孔三向应变计的地应力测量方法进行了系统的研究，推导了资料整理的计算公式。对应变片并非直接粘贴在钻孔岩壁上而引入的修正系数Ｋｉ和各因素对它的影响以及由它的误差所导致的测量误差，进行了分析。

金属粘贴式电阻应变计应变传递分析

通过建立金属粘贴式电阻应变计的二维应变传递解析计算模型,对金属粘贴式电阻应变计的应变传递机理进行深入分析。结果表明,金属粘贴式电阻应变计的应变传递过程受敏感栅、基底及胶接层的几何参数和物理特性参数影响,且在金属粘贴式电阻应变计敏感栅两端存在应变过渡区。当胶接层横向宽度越宽、厚度越薄、弹性模量越大时,敏感栅两端的应变传递过渡区就越小,金属粘贴式电阻应变计的平均应变传递率则越大。因此,在实际应用中,应优先选择高弹性模量的胶粘剂,且必须严格控制金属粘贴式电阻应变计的粘贴工艺。

振弦式应变计在箱型梁桥中的测试技术

为改善应变计通用温度修正公式对箱型梁桥修正效果不理想的现象,基于振弦式应变计测试原理和现场试验的方法,分析了环境温度、水化热及太阳辐射对测试结果的影响.研究结果表明:顶板主要受太阳辐射和环境温度影响;腹板和底板主要受环境温度影响;对于长期监测,水化热的影响可忽略不计.并根据试验测得数据提出振弦式应变计专门应用于箱型梁桥的温度修正公式.最后在实际工程中验证了这种修正方法的实际应用效果.

光纤Bragg光栅应变计在500m口径球面射电望远镜工程索力监测中的应用

为了实时监测500m口径球面射电望远镜(FAST)索网支承结构的典型索力,避免传统索力监测方法对索网支承结构的影响和工作中的电磁干扰,提出了一种间接获取索力值的方法。该方法使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器监测索头应变值来间接测量索力。测量时将FBG应变计与补偿温度计通过专用安装底座焊接于索头线性应变区域轴向,防止直接焊接对索头结构性能的影响;然后使用温度应变补偿法补偿温度变化对FBG应变计测量结果的影响。在索体出厂预张拉过程中对该方法进行标定得到相关索力换算公式系数,从而在实际工程应用中实现了索力的测量。试验结果表明,索力与索头应变线性拟合度高达0.98,实际测量中绝对误差均方差为1.38t,在FAST工程主索工作索力范围内相对误差优于3%,满足工程需求。该方法无电磁干扰,耐用性久,布线灵活简单,已成功应用于FAST工程中的316根典型主索的索力监测中。

空心包体应变计测量精度问题

空心包体应变计已在国内外地应力测量中得到广泛的应用。然而目前国内在使用空心包体应变计的测量结果计算地应力场的过程中存在着一些不可忽视的问题，这些问题与使用者对空心包体应变计的理论基础和工作原理缺乏认识有关。而这些问题的存在将大大影响地应力测量计算结果的可靠性和准确性。本文提出了有关问题并给出了解决这些问题的有效技术和方法。

围压试验在空心包体式应变计地应力测量中的作用

围压加载试验是空心包体式钻孔三向应变计地应力测量中配套进行的一种重要试验。详细推导了围压加载试验测定弹性常数的计算公式,并且利用它的试验成果对解除应变值进行修正,使地应力实测成果的可靠性更高。附有实例。