Что такое анализатор стресса?

Что такое анализатор напряжений?

Анализатор напряжений — это прибор, используемый для определения типа напряжения, приложенного к материалу.

Существует несколько типов машин для измерения напряжений, каждая из которых предназначена для определенных целей. В этом разделе в общих чертах описываются машины для измерения напряжений. Напряжение может быть сжимающим или растягивающим. Чрезмерное напряжение, будь то сжимающее или растягивающее, может привести к повреждению компонента. Помимо напряжений от внешних механических сил, материалы также могут испытывать остаточные напряжения из-за таких процессов, как термическая обработка или образование пленки.

Армирующие материалы, такие как стекло или сталь, могут повысить прочность продукта, намеренно создавая остаточное сжимающее напряжение на поверхности.

Применение анализаторов напряжений

Анализаторы напряжений используются в различных областях, от разработки продукта до термообработки, осаждения пленки и укрепления стекла. В исследованиях и разработках эти анализаторы используются для оценки прочности компонентов путем определения выдерживаемого ими напряжения и для оптимизации конструкций путем сокращения ненужного материала, тем самым снижая вес и затраты.

В полупроводниковой промышленности измерение напряжения имеет решающее значение для контроля качества, поскольку на кремниевые пластины наносятся различные тонкие пленки. Чрезмерное напряжение может привести к отслаиванию пленки.

Более того, в процессах закалки стекла измерение напряжения проводится после процесса упрочнения, чтобы обеспечить повышенное сжимающее напряжение вблизи поверхности, что повышает прочность стекла.

Принцип работы анализаторов напряжения

Принцип работы анализатора напряжений различается в зависимости от метода измерения. Однако все анализаторы определяют деформацию в испытываемом материале. Деформация относится к растяжению, усадке, скручиванию или деформации материала под действием внешней силы.

Напряжение определяется как сила на единицу площади и рассчитывается путем умножения деформации материала на его модуль Юнга. Поэтому анализаторы напряжений косвенно измеряют напряжение, фиксируя деформацию, вызванную внешними силами на материале, и преобразуя эти данные в значения напряжения с использованием модуля Юнга.

Существуют различные методы обнаружения деформации, и анализаторы напряжения разрабатываются на основе этих различных принципов.

Типы анализаторов напряжения

Анализаторы напряжения бывают разных типов, подходящих для конкретного материала и величины напряжения, которые необходимо измерить. Вот четыре типичных примера:

1. Тензодатчики

Тензодатчики в основном используются для измерения напряжения в структурных компонентах. Они обнаруживают деформацию через изменения электрического сопротивления. Измерение напряжения на основе тензодатчиков специфично для той части, к которой прикреплен датчик.

Эти датчики часто используются в сочетании с CAE для проверки структурного анализа.

2. Инфракрасное обнаружение

Инфракрасное измерение напряжения является еще одним методом для структурных компонентов. Деформация материала из-за внешних сил приводит к изменению температуры поверхности, явлению, известному как термоупругие эффекты.

Этот метод включает в себя обнаружение напряжения от изменений температуры на поверхности материала из-за деформации. В отличие от тензодатчиков, инфракрасное измерение напряжения может оценить более широкую область.

3. Отражение лазерного луча

Отражение лазерного света используется для измерения напряжения при осаждении тонкой пленки. Изменения радиуса кривизны из-за деформации подложки после осаждения определяются путем сравнения отражения лазерного света до и после осаждения, тем самым оценивая напряжение пленки.

Этот метод также используется при оценке полупроводниковых кремниевых пластин и закаленного стекла.

4. Рентгеновская дифракция

Рентгеновская дифракция измеряет остаточное напряжение сжатия, вызванное термической или поверхностной обработкой материалов, таких как сталь. Он использует дифракцию рентгеновских лучей, рассеянных при облучении материалов рентгеновскими лучами с длиной волны, аналогичной расстоянию между атомами в регулярно расположенной атомной структуре.

Помимо измерения напряжений, рентгеновская дифракция также используется для анализа материалов, включая качественный и количественный анализ, расчет размера кристаллов и оценку искажения решетки.