振弦式应变计如何将应变转化为应力?工作原理解析

在大型土木工程中，准确掌握结构物的受力状态是保障安全的关键。振弦式应变计作为一种核心监测元件，能够长期埋设于混凝土等结构物内部，将微小的物理变形转化为可量化的数据。那么，它是如何通过测量应变来反映应力状态的呢?

其工作原理基于物理学中的弦振动理论。当结构物受到外力作用产生变形时，埋设其中的应变计会同步感受这一应变。这种变形通过仪器两端的端座传递给内部的钢弦，导致钢弦的张力发生变化。根据弦振动原理，张力的改变会直接引起钢弦固有振动频率的变化。结构物被拉伸，频率升高;被压缩，频率则降低。

应变计内部的电磁线圈负责激振钢弦并精确测量其振动频率。这个频率信号通过电缆传输至读数仪，并换算为频率模数。应变计的测量应变值(ε)与频率模数的变化量(△F)呈线性关系，通过仪器标定的灵敏度系数(k)即可计算得出。最终，工程人员将测得的应变量乘以被测结构物的弹性模量(E)，便能准确计算出该点的应力值(σ
= ε × E)。此外，高精度的振弦式应变计还内置温度传感器，通过温度修正算法，有效消除温度变化带来的测量误差，确保数据的准确性。

振弦式应变计通过“应变-频率-数字信号-应力”的转换路径，实现了对结构物应力状态的精准、实时监测。这一技术为水工建筑、桥梁、隧道等工程的安全评估提供了可靠的数据支持，是现代工程安全监测领域不可或缺的重要工具。