飞机结构疲劳测试期间无应力应变测量的 6 个技巧

1.测量应变，而不是温度

疲劳试验的持续时间可能从几周到几个月不等，通常昼夜不停地进行。在使用四分之一桥式应变片时，环境温度的变化是导致测量误差的最常见原因之一。 即使只有0.1%的温度相关电阻变化，也可能导致500 µm/m的伸长量。为了避免应变测量演变为温度测量，Gantner Instruments建议特别关注内部补零电阻的稳定性。 为了节省成本，人们往往会选用稳定性较低的电阻器。这不仅会导致不必要的误差，还会迫使您在软件中编程设置复杂的温度校正曲线。

Q.series数据采集系统配备了内部终端电阻，其电阻温度系数（TCR）为0.05 ppm/K。温度漂移10 K时，仅会导致0.025 %的测量误差。 若使用 TCR 值更高的电阻，误差将相应增加。例如，TCR 为 0.5 ppm/K 时，将导致 0.25% 的显著测量误差。

2.电缆长时无测量误差

由于试样尺寸较大，有时难以避免使用较长的电缆。将应变片连接到惠斯通电桥的桥臂导线的电阻会削弱电桥输出，或导致应变片“灵敏度降低”。由于这种衰减与桥臂导线长度成正比，因此随着电缆长度的增加，其影响也会随之增大。 使用传统仪器时，必须在开始测量前执行手动分流校准过程。分流校准过程用于确定引线电阻及相应的校正系数。尽管该方法应用广泛，但它无法补偿实际测量过程中引线电阻的变化，例如因环境温度波动而引起的变化。

Q.series数据采集系统配备了OCS（在线补偿信号）参考级，即使在测量过程中，也能自动校正因导线电阻引起的测量误差。无需手动分流校准，从而也消除了操作人员可能造成的误差。

3.消除数据偏差

在多通道、分布式数据采集系统中，数据偏斜是测试过程中主要的不确定性之一。飞机测试样机造价极其昂贵。因此，当发生故障时，会对测量数据进行仔细分析，以准确了解测试样机的故障特征。 如果测量数据未能严格同步，可能会给分析带来歧义。特别是在高通道数系统中，各通道之间的抖动可能会导致显著的误差。在2 Hz的周期频率下，仅500 µs的抖动就会导致0.6%的测量误差。

Q.series数据采集系统在各模块之间内置了基于硬件的同步功能。 无需在测量模块或机架之间额外连接同步电缆。即使系统分布在长距离范围内，我们也能确保精确的时间同步，最大抖动仅为 1 µs。若观察到相位偏移，即可排除时间同步问题。情况非常明确。

4.在最需要的时候提供数据

这是测试工程师最可怕的噩梦——由于意外覆盖或删除、数据库损坏，甚至IT基础设施故障导致测量数据丢失。由于数据是测试计划的核心，因此制定数据备份和恢复计划是测试工程师的职责。 通过采用多条并行数据存储路径，您的数据将实时自动复制或三份备份，从而确保数据的持续可用性。

为了确保您不会遗漏任何一个样本，我们的 Q.series 系统采用了 3 级冗余设计，以确保数据可用性。 测量数据可并行传输至在线数据库和FTP备份服务器。这两个数据端口均受到持续监控。若数据传输失败，Q.series系统将自动开始将数据记录到本地磁盘中。

5.避免数据超载

通常，疲劳试验项目会持续数月，甚至数年。数据来自1000个或更多的应变片。为了进行失效分析，采样率可能在25 Hz到5000 Hz之间变化。记录的测量数据量达数太字节。 最近的分析表明，近40%的记录数据并无实质意义，但因数据采集系统的限制而被存储下来。数据过多会拖慢数据处理、分析和决策的速度。这无疑是宝贵的时间，尤其是在面临完成意外失效分析的紧迫压力时。

Q.series 允许您创建最多 20 个数据记录器。每个数据记录器均可配置为以不同的记录速率记录不同的数据集。您可以选择不同的记录器类型，包括连续记录、触发式记录或基于事件的记录。 例如，监督控制系统可用于触发记录操作，并设置触发前和触发后的时间。与此同时，还可以配置一个数据记录器，使其将数据连续记录到循环数据缓冲区中。每个数据记录器的文件名、大小、存储位置和保护级别均可完全自定义。

6.可靠的互操作性

如果没有互操作性，灯具就无法与开关配合使用，测量系统无法读取传感器数据，测试设备也无法利用周围的网络。由单一供应商提供整体式系统的时代已经一去不复返了。如今，人们采用了多种多样的控制和测量技术。 专用测试和测量设备之间安全可靠的互操作性，对提高测试实验室的效率至关重要。例如，在测试过程中，利用从各种系统收集的数据来预测或快速检测结构故障的能力具有极其重要的意义。测试和测量系统之间的可靠互操作性，对于测试数据的直接处理、分析和报告至关重要。

Q.series DAQ系统支持多种现场总线标准、软件协议和流处理平台。提供相应的驱动程序，可将Q.series DAQ系统与常用软件工具（如LabVIEW™、MATLAB®和DIAdem®）集成。 Q.series系统配备了一个插件管理系统，可用于创建和部署自定义通信协议及设备驱动程序，例如用于实现与伺服控制系统的自定义接口。此外，该系统还支持多种外部时间源（如IRIG-B），可用于与辅助系统（如高速摄像机）进行精确同步。