目前采用电阻应变片电测法进行应力应变测量是对工程结构件设计、制造、装配的可靠性和安全性进行测试、分析和评价的常用手段，广泛应用在航空、机械、车辆、土木等工程领域；但是随着近代工业的发展在许多高新技术领域，如汽车、航空航天和船舶等领域产品的结构、负载状态越来越复杂，对应力应变测试技术和测试方法也提出了更高和更新的要求，如3D应变场测试问题、测试系统的抗电磁干扰问题以及接触测量所导致的被测对象动态特性的变化问题等。
除了上面提到的应变片电测法目前发展最快的应力应变测试技术是光学测试；与应变片电测法不同的是:光学测试方法能够运用光学手段研究和解决结构内部或表面的应力、应变、位移和振动等力学信号的测试问题，它的发展与现代光学技术或计算机图像处理技术的发展息息相关，是力学测试中一个非常重要的分支之一；如基于材料双折射效应的光弹性法和数字光弹法、在光纤传感技术的基础上发展起来的光纤光栅应变测试方法以及利用双目立体视觉测量原理进行的三维变形测量技术等；以上各种测试方法在测量原理、测量精度和应用范围上各有特点；以下为对各种测试方法的技术原理、系统构成和应用前景进行了阐述和分析比较：
1、应变片电测法
1.1、测量原理
应变片电测法是用电阻应变计测量结构的表面应变，再根据应变—应力关系确定构件表面应力状态的一种试验应力分析方法；测量时将电阻应变片粘贴在零件被测点的表面，当零件在载荷作用下产生应变时，电阻应变计发生相应的电阻变化，用应变仪测出这个变化即可以计算被测点的应变和应力，系统安装结构示意见图1：
1.2、电阻应变片测试方法特点
电阻应变片法是一种在表面应力逐点测量方法，已经有60多年的历史应用范围涉及各种行业领域；
具有如下优点：
➢ 测量精度和灵敏度较高，常温测量时精度可达到1%～2%；
➢ 量程大，最高可达2×104με；
➢ 尺寸小，应变计栅长度最小为0.178mm，可以实现梯度较大的应变测量；
➢ 技术成熟，应用广泛；
但是应变片的测量原理也决定了它的技术缺点：
➢ 属于接触式测量，只能测量构件表面的应变不能测量构件内部应变；
➢ 不能进行3D应变测量；
➢ 应变计测出的应变值是应变计栅长度范围内的平均应变值；
➢ 属于电测法一个应变片需有两根导线构成测量回路，并且需要采取特殊的措施增强系统的抗电磁干扰能力。
Bragg光栅会对入射的宽带光进行选择性反射，反射一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带光，此中心波长称之为Bragg波长为λB,λB=2neffΛ式中neff为光纤光栅的有效折射率，Λ为光栅周期，如果拉伸或压缩光纤neff和Λ都会发生变化，Bragg波长就会发生变化；通过光纤光栅解调仪监测光栅反射光的波长，并通过相应的程序对测试数据进行计算、分析和处理，就能获得光纤光栅传感器处的应变值。
光纤光栅测试方法是近20年来发展起来一种应力应变测量方法，由于非常容易构建分布式传感网络，目前广泛应用于建筑、桥梁、船舶和化工等领域；该方法属于光学测试技术范畴在应用上有独特的技术优势：
➢ 光纤光栅传感器以光纤作为信号载体，传感器体积小、重量轻，容易满足被测结构件对狭小空间的安装需求；
➢ 属于光学测量方法、抗电磁干扰，适合用于长距离信号传输；
➢ 光学信号入射和反射线的输入输出回路仅为一根直径0.25mm的光纤，能够极大地简化测试系统结构；
➢ 一根光纤上可以连续制作几十个传感器（被测对象变形越小，可以连续制作的传感器也越多）便于构成分布式传感系统；
图3为美国海军水面战斗中心在登陆平台船坞LPD17上的舰船推进器上布置分布式光纤光栅测试系统图片：
从图中可以看出与其他方法相比光纤光栅测试方法在需要大范围进行应力应变测量时具有很明显的结构优势。
3、光弹性法
光弹性法是利用光学原理进行应力应变测量中具有代表性的方法之一，而其他方法如激光全息干涉法、散斑干涉法和云纹干涉法等由于视场测量范围较小一般在1μm到1mm之间，常用于实验室而很难满足工程现场的测量需求。
3.1、光弹性法测量原理
光弹性法是利用材料的双折射效应进行应力应变测试，如环氧树脂之类的各向同性的非晶体材料在自然状态下不会产生双折射现象，但当其受到载荷作用而产生应力时，就会如晶体一样表现出光学各向异性产生双折射现象，而卸载后材料又恢复光学各向同性，这就是所谓的暂时双折射效应；用具有双折射效应的透明塑料如最常用的环氧树脂材料，按一定比例制成结构件模型或者在结构件表面直接采用光贴片处理后，将被测对象置于偏振光场中施加一定的载荷，模型上便产生干涉条纹；被测对象受力越大出现的干涉条纹越多，越密集；通过直接观测结构上的条纹可以对结构的应力应变进行定性分析；
图4所示为北京机电研究所采用光贴片技术研究飞机座舱装配应力的全场应变条纹图：
从图中可以看出：光弹性法非常直观并且能够进行3D全场应变应力测量；如果将传统的光弹性法与计算机图像处理技术相结合，即可对零件的全场应变和应力状态进行定量分析称为数字光弹性法。
3.2、光测法特点
光弹方法是国防、航空航天领域中不可或缺的一种测试手段，与电测方法相比有许多优点：
➢属于非接触测量方法，具有电测方法不能达到的全场测量优势，既可以测量表面应力，也可测量内部应力；
➢该方法直观能够清晰地反映应力集中现象，不仅很容易找到应力集中的部位，而且可以确定应力集中系数；
但是弹性方法也存在一些不足之处：
➢工艺比较复杂测量周期比较长；
➢通常需要使用环氧树脂材料在被测结构表面进行平面和曲面贴片处理；对于一些大型构件需要按比例制作3D光弹性模型，制作工艺相对复杂；
➢需要将被测对象置于偏振光环境中，光学系统相对复杂。
4、双目立体视觉测量方法
4.1、测量原理
双目立体视觉测量方法（3D DIC全场应力应变测量）是适用于物体的形貌与变形的非接触全场测量方法；它是在2D计算机图像处理技术的基础上发展起来的立体视觉测试技术，系统包括两台高分辨率的高速摄像机、一个照明装置、一台计算机及一组图像分析软件，系统结构如图5所示：
测量时被测对象受力引起被测表面图案发生畸变，该变化分别被两台摄像机记录下来；两台摄像机同步采集测量视场范围内的特征点图像信息，并通过计算机图像处理方法对两幅图像中同一特征点进行匹配计算，获得该点在三维空间的坐标值；不论是在静态还是动态环境中由于被测构件的变形，被测特征点的空间坐标会发生变化；通过计算被测构件上若干个特征点的三维坐标值及其变化量，即可得到被测结构的三维变形量、三维应变/应力及动态条件下的振动参数等信息。
4.2、3D DIC全场应力应变测量技术特点
双目立体视觉是20世纪80年代逐渐发展起来的几何量测量技术，与计算机图像处理技术有着密切的相关性；在大型物体的形貌测量、逆向工程和车辆测距领域有着比较成熟的应用；基于双目立体视觉原理该方法同样能够应用于3D应力应变测量领域，具有如下的优点：
➢ 量程大系统可以获得亚像素级的成像精度，因而可以测量小至0.001％的微小应变，大至数倍2000％的大应变；
➢ 属于光学非接触测量、系统结构简单，具有可移动性；
➢ 可以测量空间3D区域的力学特性，不受测点分布和数量的限制；
➢ 可以通过调整摄像机视场范围的大小改变系统测量精度和量程；
双目立体视觉三维应变测量技术的缺点：
➢ 系统测试精度与摄像机的性能及双目立体视觉的标定技术、计算机图像处理技术密切相关；
➢ 系统只能对摄像机视场范围内的结构特性进行测量，对于同一个测试系统视场范围越小，测量分辨率就越高测量精度也越高，否则反之。
5、总结
本文从测量原理入手对多种应力应变测量方法分别进行了阐述及分析，各种测试方法的主要技术指标如表1所示：
从表格中可以看出：不同的测量方法具有不同的技术特点，在实际工程应用中可以根据不同的被测对象、不同的应用场合和不同的精度指标选用最佳测量方法以满足不同的测试需求。
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