韓 濤，聶小華，段世慧

（中國飛機強度研究所，陜西?西安?710065）

飛機結(jié)構(gòu)強度試驗應(yīng)變測量是試驗測試的重要工作之一，在試驗實施過程中，測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性是衡量試驗成敗的重要依據(jù)，而在電測任務(wù)書從設(shè)計到應(yīng)變測量實施的過程中，需要經(jīng)過許多工序，其中包括應(yīng)變的劃片、制片、貼片、焊線、拉線等環(huán)節(jié)，如圖1所示。

圖1 ??應(yīng)變測量實施工序

在接到電測任務(wù)書之后，測量工程師首先需要對應(yīng)變進行編號，同時根據(jù)應(yīng)變規(guī)模進行應(yīng)變片制片，然后根據(jù)圖紙在試驗件結(jié)構(gòu)上劃片，同時進行測量線纜布置，最后進行應(yīng)變粘貼和測量通道分配，以上應(yīng)變測量系統(tǒng)接入采集系統(tǒng)進行聯(lián)機調(diào)試，開始執(zhí)行測量實施，直到試驗逐級加載測量結(jié)束時，對試驗數(shù)據(jù)進行回收，試驗測量的整個流程結(jié)束。在整個應(yīng)變測量過程中，各個環(huán)節(jié)都存在引入誤差的可能性，本文就應(yīng)變測量的誤差來源進行分析。

結(jié)構(gòu)強度試驗應(yīng)變測量原理在以往文獻中已有研究，徐晗等[1]從應(yīng)力應(yīng)變電測技術(shù)的基本原理出發(fā)，考慮了材料的泊松效應(yīng)，推導(dǎo)了應(yīng)變計算公式，消除了非線性誤差，修正了導(dǎo)線電阻引起的誤差。初慶林等[2]對電線電纜導(dǎo)體直流電阻測量不確定度的來源進行了分析，并提出降低測量不確定度的措施，提高了測量的準(zhǔn)確度。楊懌等[3]分析了電子引伸計應(yīng)變測量誤差形成的主要原因以及對金屬材料拉伸試驗強度測試的影響，提出了引伸計使用中的一些經(jīng)驗和注意事項。張功等[4]針對慣導(dǎo)測試裝置的測量精度問題，在分析多面棱體測量原理的基礎(chǔ)上提出了基于誤差平均的線性補償方法和利用傅里葉變換對測角誤差進行分析，2種方法均可大幅提高角位置定位精度，該研究方法為應(yīng)變誤差的有效處理提供了參考。李自武等[5]詳細分析了力傳感器靈敏度和直線度因素對并聯(lián)測力儀測量誤差的影響。

以上分析為結(jié)構(gòu)強度試驗應(yīng)變測量給出了經(jīng)驗方法，但是其研究的范圍對于結(jié)構(gòu)強度試驗誤差來源并不完全適用，基于此，本文針對結(jié)構(gòu)強度試驗過程中的誤差來源問題進行深入分析，并提出了數(shù)據(jù)處理過程中的誤差處理的基本方法。

1 誤差來源分析

結(jié)構(gòu)強度試驗應(yīng)變測量過程中，試驗數(shù)據(jù)不可避免存在誤差，誤差產(chǎn)生的原因可以歸納為以下幾個方面。

1.1 裝置誤差

結(jié)構(gòu)強度試驗應(yīng)變測量系統(tǒng)標(biāo)定時使用的固定形式復(fù)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)值的器具，不可避免都含有誤差。在試驗過程中，使用的儀器及時進行了標(biāo)定，除去標(biāo)準(zhǔn)儀器誤差之外，標(biāo)定后的儀器本身的誤差也不可避免[6]。此外，裝置誤差還包括測量儀器的外接設(shè)備引起的誤差，例如較長的測量線纜以及線纜接頭等在測量過程中接入的除設(shè)備以外的誤差。

1.2 環(huán)境誤差

由于結(jié)構(gòu)強度試驗規(guī)模較大，試驗環(huán)境復(fù)雜多變，如溫度、濕度、氣壓、振動、照明、重力加速度、電磁干擾等各種環(huán)境因素與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致而引起的測量裝置和被測量本身的變化所造成的誤差[6]。

1.3 方法誤差

測量方法不完善會導(dǎo)致誤差。對飛機結(jié)構(gòu)而言，用應(yīng)變片測量結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生的應(yīng)變是常用測量方法，但是對于油箱浸油、充壓試驗等特殊情況，該測量方法會引起一定的誤差[7]。

1.4 人員誤差

由于測量設(shè)備操作人員的水平經(jīng)驗參差不齊，甚至在試驗進行過程中由于疲勞引起的視覺生理變化以及固有習(xí)慣引起的測量誤差。例如，在應(yīng)變粘貼過程中，從劃片到貼片都會使用坐標(biāo)定位測量，在人員的操作過程中會引起一些在測量規(guī)范允許范圍內(nèi)的誤差[7]。

綜上所述，從各自的誤差特點可以看出，有的誤差可以在源頭上得到有效控制，有的誤差不能從根本上消除，需要在數(shù)據(jù)處理過程中重點關(guān)注，尤其針對粗大誤差，需要判斷剔除。

2 降低誤差方法

2.1 應(yīng)變自檢

為了在試驗之前進一步對試驗配備的應(yīng)變狀態(tài)進行檢測，設(shè)計了應(yīng)變上電自檢系統(tǒng)。如圖2所示，試驗開始時，系統(tǒng)對下位機所有的應(yīng)變配置進行讀取，傳輸至上位機系統(tǒng)，對應(yīng)變進行阻值檢測，然后進行應(yīng)變零點檢測，最后對所有檢測結(jié)果進行匯總，并輸出報表。

圖2 ??應(yīng)變上電自檢流程

應(yīng)變自檢可以在系統(tǒng)上電之后實時對現(xiàn)場應(yīng)變狀態(tài)進行檢測，當(dāng)出現(xiàn)應(yīng)變電阻異常或者導(dǎo)線異常等狀況時，即時輸出報表，從根本上抑制粗大誤差及裝置誤差的產(chǎn)生。

2.2 應(yīng)變溯源

圖3 ??應(yīng)變溯源系統(tǒng)界面

為了減少設(shè)備故障造成的應(yīng)變誤差，建立了應(yīng)變溯源管理系統(tǒng)。如圖3所示，系統(tǒng)在應(yīng)變測量系統(tǒng)布置過程中需要導(dǎo)入應(yīng)變數(shù)據(jù)，應(yīng)變測量工程師需要根據(jù)應(yīng)變的測點空間坐標(biāo)對應(yīng)的測量線纜將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫。在測量系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試過程中，應(yīng)變測量工程師可以從應(yīng)變溯源管理系統(tǒng)中查到任意應(yīng)變片的空間坐標(biāo)，可以通過系統(tǒng)追溯應(yīng)變在試驗現(xiàn)場的實際位置。應(yīng)變溯源系統(tǒng)可以配合應(yīng)變自檢功能，提高應(yīng)變故障的處理速率，從源頭上控制應(yīng)變測量誤差的產(chǎn)生。

3 有效性判別方法

3.1 粗大誤差剔除法

試驗實施過程中，由于測量設(shè)備較多，測量通道及規(guī)模較大，加載過程中溫度、濕度、電磁干擾等環(huán)境因素復(fù)雜，所以測得數(shù)據(jù)中發(fā)生零點漂移、數(shù)據(jù)突變造成的粗大誤差偶爾發(fā)生。在數(shù)據(jù)處理過程中，對于明顯的粗大誤差數(shù)據(jù)進行剔除處理，對該應(yīng)變位置進行檢測，排除問題，以保證后續(xù)試驗的測量準(zhǔn)確性。如果應(yīng)變所在的位置不影響飛機整體應(yīng)變水平，可直接標(biāo)記壞片，試驗數(shù)據(jù)仍然有效。粗大誤差的處理要滿足試驗要求，與試驗電測任務(wù)書一致，避免造成關(guān)鍵應(yīng)變數(shù)據(jù)的損失，以確保試驗數(shù)據(jù)的完備性。粗大誤差處理方法適用于預(yù)試或第一次試驗初步數(shù)據(jù)預(yù)處理。

3.2 重復(fù)性對比法

在預(yù)處理階段剔除了粗大誤差的數(shù)據(jù)，飛機強度試驗需要進行多次測量，數(shù)據(jù)處理過程中對于測量結(jié)果進行重復(fù)性分析，求得其中2次測量數(shù)據(jù)差值和誤差。

誤差：

根據(jù)相對誤差大小判斷試驗數(shù)據(jù)的重復(fù)性，當(dāng)2次試驗數(shù)據(jù)差值較小以及相對誤差不大時，可以認定數(shù)據(jù)重復(fù)性較好。數(shù)據(jù)處理過程中可以根據(jù)重復(fù)性選定一組比較理想的數(shù)據(jù)進一步進行處理和分析。

4 結(jié)????論

通過對結(jié)構(gòu)強度試驗應(yīng)變測量誤差來源分析，得到以下結(jié)論。

（1）試驗應(yīng)變測量誤差來源包括系統(tǒng)誤差和環(huán)境誤差等多個方面，其中環(huán)境誤差可以采用應(yīng)變維護和校正方法進行減小和消除。

（2）應(yīng)變自檢和溯源手段是減少測量誤差的有效方法，針對大規(guī)模測量時，可以大大提高裝置的可靠性，從而減少誤差的產(chǎn)生。

（3）針對大規(guī)模應(yīng)變測量，采用粗大誤差剔除法和重復(fù)性對比法可以有效提高誤差數(shù)據(jù)處理效率，為結(jié)構(gòu)強度試驗的測量系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)處理提供一定的指導(dǎo)和依據(jù)。