在材料力學(xué)檢測、工業(yè)設(shè)備健康監(jiān)測、半導(dǎo)體封裝可靠性驗證等場景中，有一個詞，常常出現(xiàn)在大眾的耳中，那就是應(yīng)力測試。應(yīng)力測試是評估構(gòu)件性能、預(yù)防失效風(fēng)險的核心手段，什么是應(yīng)力？為什么要進(jìn)行應(yīng)力測試？應(yīng)力測試的痛點有哪些？又如何利用數(shù)據(jù)采集DAQ進(jìn)行應(yīng)力測試呢？本篇文章將為大家解讀以上問題

一、應(yīng)力介紹

應(yīng)力是物體內(nèi)部單位面積上承受的內(nèi)力，是構(gòu)件在外力作用下產(chǎn)生形變時，內(nèi)部原子間相互作用產(chǎn)生的抵抗外力、維持自身形狀的力。其核心特征可概括為兩點：一是無法直接測量，需通過物體形變（應(yīng)變）間接表征，遵循材料力學(xué)的胡克定律，目前在測試測量、工業(yè)檢測領(lǐng)域，人們利用電阻應(yīng)變片將被測物體的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電參數(shù)進(jìn)行測量；二是與構(gòu)件失效直接相關(guān)，應(yīng)力過大易導(dǎo)致構(gòu)件拉伸斷裂、彎曲變形、疲勞損壞，應(yīng)力分布不均則會引發(fā)局部破損，影響產(chǎn)品可靠性與使用壽命。

二、應(yīng)力測試需求和數(shù)據(jù)采集DAQ特點

應(yīng)力測量的核心價值是“預(yù)判風(fēng)險、優(yōu)化設(shè)計、保障可靠”，應(yīng)力測試貫穿產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、運維全生命周期，在不同行業(yè)的核心訴求高度一致，對應(yīng)力測量有三大需求：

1. 精準(zhǔn)測量：應(yīng)力數(shù)據(jù)直接指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計與安全評估，哪怕微小偏差，都可能引發(fā)致命隱患。因此，需杜絕信號干擾和數(shù)據(jù)失真，確保數(shù)據(jù)真實反映測試對象狀態(tài)。

2.多路多參數(shù)測量：無論是實驗室材料驗證，還是現(xiàn)場大型結(jié)構(gòu)監(jiān)測，都需快速完成多測點、多參數(shù)同步采集，適配復(fù)雜場景，避免影響進(jìn)度或中斷測試。

3.數(shù)據(jù)追溯分析：測試數(shù)據(jù)需具備可追溯性，且能快速整理分析、生成報表，為設(shè)計優(yōu)化提供清晰依據(jù)，避免人工繁瑣處理。

為滿足以上需求，數(shù)據(jù)采集DAQ應(yīng)運而生，它的以下特點完美解決應(yīng)力測試需求：

1.測量精度高：應(yīng)變/橋輸入模塊內(nèi)置應(yīng)變調(diào)理模塊和高分辨率ADC，可對待測信號進(jìn)行調(diào)理和放大及高精度采集，完美解決信號與精度問題；

2.多通道、模塊化設(shè)計：數(shù)據(jù)采集DAQ能根據(jù)具體測試需求進(jìn)行模塊增減，能同時滿足多點應(yīng)變測試和多參數(shù)電氣測試，同步采集多種類數(shù)據(jù)，提升測試效率；

3.全自動數(shù)據(jù)采集和存儲傳輸：數(shù)據(jù)采集DAQ配備豐富的前端接口及通訊接口，可快速將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和傳輸，完美適配無人遠(yuǎn)距離長期監(jiān)測數(shù)據(jù)需求，是應(yīng)力測試的極佳選擇。

三、數(shù)據(jù)采集DAQ測量詳解

1.直接測量應(yīng)變片：

采用兩線電阻或四線電阻方式測試電阻，來計算應(yīng)變。優(yōu)點為直接，成本低，缺點為精度不高。將應(yīng)變片根據(jù)具體應(yīng)力方向緊貼待測物體表面，用數(shù)據(jù)采集DAQ直接連接應(yīng)變片，在數(shù)據(jù)采集DAQ中選擇應(yīng)變測量，輸入應(yīng)變片的應(yīng)變系數(shù)和原電阻值，

當(dāng)待測物產(chǎn)生形變時，數(shù)據(jù)采集DAQ會根據(jù)應(yīng)變片的電阻變化，根據(jù)公式ΔR/R?=K?ε，計算出應(yīng)變ε，連接方法如下：

2.橋輸入測量應(yīng)力：

惠斯通電橋（又稱單臂電橋）是一種可以精確測量電阻的電路，DAQ內(nèi)置可用于橋接的電橋電路和激勵信號源，用于測量支路電壓。例如四分之一電橋的電路，即在其中一個橋臂中聯(lián)入一枚應(yīng)變片，當(dāng)應(yīng)變電阻因為受力改變電阻時，數(shù)據(jù)采集DAQ內(nèi)置電壓采集器采集的電壓數(shù)值也會變化，由此數(shù)據(jù)采集DAQ可內(nèi)部反推計算應(yīng)變和應(yīng)力，目前惠斯通電橋主要分為兩種：四分之一橋電路，半橋電路和全橋電路

按下列示意圖完成應(yīng)變片接入，在數(shù)據(jù)采集DAQ中選擇對應(yīng)種類的橋測量，輸入應(yīng)變片的應(yīng)變系數(shù)和原電阻值，當(dāng)待測物產(chǎn)生形變時，數(shù)據(jù)采集DAQ會根據(jù)應(yīng)變片的電壓變化，根據(jù)公式Vo=V橋壓x（R1*R3-R2*R4）/{（R1+R2）-（R3+R4）}計算出對應(yīng)應(yīng)變片的阻值變化，從而測得應(yīng)變。

DAQ橋輸入模塊-四分之一橋輸入應(yīng)用圖 ：

D DAQ橋輸入模塊-半橋輸入應(yīng)用圖：

DAQ橋輸入模塊-全橋輸入應(yīng)用圖：

利用數(shù)據(jù)采集DAQ的橋輸入模塊測應(yīng)力抗干擾能力強(qiáng)，測試精度高，適用于高精度材料力學(xué)測試（如彈性模量、泊松比測量）、高速旋轉(zhuǎn)構(gòu)件扭矩應(yīng)力監(jiān)測 半導(dǎo)體功率器件封裝應(yīng)力分布測試等高精度要求測試場景。

四、總結(jié)

DAQ通過應(yīng)變/橋路測應(yīng)力的核心，是借助惠斯通電橋解決應(yīng)變片微小電阻變化的測量難題，半橋與全橋的選擇需平衡精度、成本與場景需求——半橋適配大多數(shù)工業(yè)單點測試，全橋主攻高精度、高干擾場景。思林杰的產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集NeoDAQ包含專門針對應(yīng)力測試的應(yīng)變\橋輸入模塊，可協(xié)助工程師優(yōu)化橋路適配性、提升信號調(diào)理精度與算法穩(wěn)定性，讓復(fù)雜的應(yīng)力測試變得簡單、高效、可靠。

除應(yīng)變測量模塊外，NeoDAQ還包含電壓輸入、電流輸入、震動輸入等針對工業(yè)自動化測試的測量模塊，后續(xù)我們將針對具體行業(yè)場景，拆解實際應(yīng)用案 例，歡迎持續(xù)關(guān)注！若有定制化測試需求，可聯(lián)系我們提供專屬解決方案。