应变片传感器

一、用途

应变片传感器主要用于测量各种力学量，比如力、压力、扭矩、位移等。它可以把这些力学量的变化转化为电信号的变化，这样我们就能通过测量电信号来间接得到力学量的大小。在很多工业生产和科学研究中，准确测量这些力学量是非常重要的，应变片传感器就起到了关键的作用。

二、常见分类

金属应变片

金属应变片是最常见的一种，它利用金属的电阻应变效应工作。根据结构不同，又可以分为丝式、箔式和薄膜式。丝式应变片制作简单，价格便宜；箔式应变片灵敏度高，横向效应小；薄膜式应变片体积小，响应速度快。

半导体应变片

半导体应变片基于半导体材料的压阻效应。它的灵敏度比金属应变片高很多，但是受温度影响较大，稳定性相对较差。

三、技术原理

应变片传感器的工作原理主要基于电阻应变效应和压阻效应。

电阻应变效应

当金属导体受到外力作用而发生机械变形时，其电阻值会发生变化，这种现象称为电阻应变效应。应变片一般是由金属丝或者金属箔制成，当它粘贴在被测物体表面时，物体受力产生变形，应变片也会跟着变形，从而导致其电阻值发生改变。通过测量电阻值的变化，就可以计算出物体的应变大小，进而得到所受的力等力学量。

压阻效应

半导体材料在受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象叫做压阻效应。半导体应变片就是利用这一原理工作的。当半导体应变片受到外力作用时，其内部的载流子迁移率和浓度会发生变化，导致电阻率改变，通过测量电阻变化来确定力学量。

四、应用场景

工业制造

在机械制造中，应变片传感器可以用于测量机床刀具的切削力，帮助调整加工参数，提高加工精度。在汽车制造中，它可以测量汽车零部件所受的力，进行强度测试和性能优化。

建筑工程

用于监测建筑物的结构应力，比如桥梁的拉应力、压应力等。通过实时监测，可以及时发现结构的安全隐患，保障建筑物的安全。

航空航天

在飞行器的设计和测试中，应变片传感器可以测量机翼、机身等部位的应力分布，为飞行器的优化设计提供数据支持。

ThingsCloud物联网平台应用场景

将应变片传感器接入ThingsCloud物联网平台，可以实现以下功能：

• 设备接入：通过合适的通信模块（如LoRa、WiFi等）将应变片传感器与ThingsCloud平台连接，方便平台对传感器进行管理和配置。
• 数据采集：平台可以实时采集应变片传感器测量的数据，将力学量数据存储在云端，方便后续分析和处理。
• 定时控制：可以设置定时采集数据的时间间隔，根据实际需求灵活调整数据采集频率。
• 告警通知：当传感器测量的数据超过预设的阈值时，平台会及时发送告警通知，如短信、邮件等，提醒相关人员进行处理。
• 智能联动：根据采集到的数据，平台可以触发一些智能联动操作。例如，当桥梁的应力超过安全范围时，自动关闭桥梁交通，并通知维修人员进行检修。

五、使用举例

桥梁应力监测

在一座桥梁上安装多个应变片传感器，将传感器粘贴在桥梁的关键部位，如桥墩、梁体等。通过LoRa通信模块将传感器接入ThingsCloud物联网平台。平台设置每小时采集一次应力数据，并将数据存储在云端。同时，设置应力的安全阈值，如果某一部位的应力超过阈值，平台立即发送短信告警给桥梁管理人员。管理人员可以登录平台查看详细的应力数据和历史曲线，分析桥梁的受力情况。如果发现问题严重，平台可以自动联动相关设备，如关闭桥梁入口的栏杆，禁止车辆通行。