在大多數(shù)的受控制環(huán)境中，箔片應(yīng)變量表是最普遍、成本效益最高的解決方案。 箔片應(yīng)變量表技術(shù)非常成熟，因此也具備最高產(chǎn)品系統(tǒng)效益的傳感器、信號處理電路、數(shù)據(jù)采集硬件(DAQ)硬件。 此外，箔片應(yīng)變量表系統(tǒng)還整合了信號處理與DAQ組件，大大提升了測量效率。 NI C 系列與SC Express模塊就是最佳范例。

　　若是大范圍的分散式應(yīng)用，就不適合采用箔片應(yīng)變量表系統(tǒng)。 在長距離的情況下，讓所有箔片應(yīng)變傳感器連接最多10組導線，安裝與維護就會變得非常困難。 因長距離導線所造成的電壓壓降，也讓箔片應(yīng)變量表系統(tǒng)難以實現(xiàn)。 此外，一般箔片應(yīng)變量表的使用壽命較短，因此長時間的測試和監(jiān)控應(yīng)用更需考慮淘汰問題。

　　在惡劣或不受控制的環(huán)境中，最好不要部署箔片應(yīng)變量表系統(tǒng)。 一旦箔片應(yīng)變發(fā)生變化，往往造成毫伏 (Millivolt) 單位的電壓變動，而傳感器與連線又容易受到電磁干擾(EMI)的影響。 若能讓應(yīng)變量表盡量靠近測量系統(tǒng)，則可縮短導線長度從而降低外部噪音的影響。 但根據(jù)應(yīng)用需求的不同，該方案不一定始終可行。

　　箔片應(yīng)變量表是動態(tài)應(yīng)變應(yīng)用(包含風動與沖擊測試) 的最常見的傳感器。 主要是因為可輕松獲得測量硬件，且采樣率往往超過1 kHz。 若要實現(xiàn)高速應(yīng)用時，則DAQ平臺也要能處理大量數(shù)據(jù)。 如PXI Express平臺的技術(shù)，將提供必要的帶寬與同步功能，以采集/傳輸大量數(shù)據(jù)。 因此在常見的小范圍、受控制的操作環(huán)境中，箔片應(yīng)變是高成本效益、具備完整支持功能的傳感器，且同時適用靜態(tài)與高速動態(tài)測量。

　　振弦

　　由于振弦系統(tǒng)可穩(wěn)定用于長時間部署，因此常用于結(jié)構(gòu)監(jiān)控應(yīng)用。

　　只要振弦按其所固定/嵌入的材料完成校準之后，即可穩(wěn)定且長時間運作。 又因為振弦技術(shù)可測量電子信號頻率中的變化，所以其本身就具備特定程度的電磁信號防擾功能。 但由于振弦采用的是電子導體，所以若發(fā)生如雷擊等高電壓，可能同時損壞傳感器與所連接的DAQ系統(tǒng)。 此外，振弦屬于低速傳感器(使用1 Hz 階次間隔)，因此必須先進行激活，達到穩(wěn)定狀態(tài)，才能開始進行測量。

　　對精確的測量而言，傳感器應(yīng)具備溫度補償功能。 而常見方式即為附加熱敏電阻(Thermistor)。 振弦系統(tǒng)中的各組傳感器需要2組還是4組導線一般取決于傳感器是否擁有溫度補償功能。 若是多組傳感器需共用單一接線組合，則可搭配多路架構(gòu)。 雖然多路架構(gòu)會降低采樣率，但對大多數(shù)的長期應(yīng)變監(jiān)控應(yīng)用而言，每分鐘取得數(shù)個樣本就已足夠。 但若是為大型的分散式系統(tǒng)實現(xiàn)多路架構(gòu)，就必須額外考量傳感器與DAQ硬件之間的龐大接線數(shù)量。

　　振弦系統(tǒng)適用于可能產(chǎn)生少量EMI的長時間部署應(yīng)用;部署范圍最好限于數(shù)百米之內(nèi);且最好低于每秒1組樣本(1 S/s)的采樣率。

　　光纖布拉格光柵(FBG)光學傳感

　　與傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)相較，F(xiàn)BG光學應(yīng)變傳感器具有多項優(yōu)點，特別適用于大范圍、長時間部署的惡劣環(huán)境。

　　FBG光學傳感系統(tǒng)沒有采用電子導體，因此可完全不受EMI與高電壓的干擾。 這非常適用于傳感器靠近噪音源(如電源轉(zhuǎn)換器、天線、電子馬達)的應(yīng)用。 又因為FBG不受雷擊影響且抗腐蝕，進而可降低長時間維護成本，更適用于開放式的室外惡劣環(huán)境。

　　若是大范圍的應(yīng)用，F(xiàn)BG光學傳感系統(tǒng)更適合替代電子傳感器。 而單一光線更可通過菊鏈(Daisy chained) 方式串聯(lián)數(shù)十組FBG傳感器，包含溫度、應(yīng)變、壓力傳感器均可。 因此可減少必須的接線維護與安裝，讓公里計的系統(tǒng)部署達到更高成本效益。 此外，F(xiàn)BG光學傳感采用頻率而非振幅調(diào)制，無需信號處理即可傳播較長的距離(可超過10公里以上)。

?

　　圖4. Micron Optics Inc.所制造的兩款FBG光學應(yīng)變量表可黏貼或焊接于受測架構(gòu)上。

　　類似于傳統(tǒng)電子傳感器，F(xiàn)BG光學應(yīng)變量表易受溫度與應(yīng)變的影響。 而FBG首應(yīng)具備溫度補償功能。 只要在FBG應(yīng)變傳感器的熱接觸(Thermal contact)附近，安裝FBG溫度傳感器即可達到溫度補償效果。 將FBG應(yīng)變傳感器波長偏移減去FBG溫度傳感器波長偏移，即可得到溫度補償?shù)膽?yīng)變值。

　　類似于箔片應(yīng)變量表，F(xiàn)BG也可補償測試材料的熱膨脹(Thermal expansion)。 已有多家制造商提供傳感器調(diào)整方程式，提供受測材料的熱膨脹系數(shù)(Coefficient of thermal expansion，CTE)。

　　而部署于大范圍地區(qū)的應(yīng)用，往往也必須能承受長時間部署。 FBG光學傳感器可穩(wěn)定用于長時間安裝，且只要在初始安裝歸零之后，再不需要后續(xù)校準。 此外，如NI PXIe-4844等傳感解調(diào)器，直到儀器壽命中止時，也不再需要額外校準。

　　結(jié)論

　　電子傳感技術(shù)已普及于多種應(yīng)用中。 若是將動態(tài)短期系統(tǒng)部署于受控制的環(huán)境中，則箔片應(yīng)變量表是最高成本效益的選擇。 振弦系統(tǒng)則適用于長期部署，但必須評估可能的EMI暴露量。

　　在光學傳感問世之后，工程師與科學家可進一步達成之前高難度的應(yīng)變測量;甚至振弦或箔片應(yīng)變量表都不可能實現(xiàn)的應(yīng)用，現(xiàn)在均可迎刃而解。 這些應(yīng)用領(lǐng)域則可解決高EMI或高電壓，以及大地區(qū)的長期部署。

　　許多實際應(yīng)用可能需要混合方式，以整合電子與光學測量的優(yōu)點。 NI模塊化PXI硬件則可滿足混合式I/O的需求。 此外，NI LabVIEW圖形化編程設(shè)計軟件的強大功能更可靈活采集、分析、呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。