从间接推算到直接测量：奇石乐测量技术为木结构建筑研究提供可靠数据支撑

在木材结构冲击载荷测试中，苏黎世联邦理工学院结构工程研究所（IBK）选用奇石乐加速度计与力传感器构建完整测量链。研究团队在2021年至2023年间完成了逾百次摆锤冲击测试，发现基于能量法与基于力法的测量结果存在显著差异，这一发现或将为未来木结构建筑规范的修订提供关键科学依据。奇石乐传感器的高频响、紧凑设计与完整测量链解决方案，在极端短时冲击工况下实现了高可靠性的数据采集，为研究方法的优化升级提供了核心支持。

奇石乐9051C型压电式力传感器——设计紧凑、刚度极高、分辨率（阈值）极低，有两个校准量程，可通过单个电荷放大器实现数值求和

木结构复兴，认知亟待更新

近年来，木结构建筑再度兴起。曾经，木结构因火灾风险被城市禁令拒之门外长达数个世纪，但防火技术的进步彻底改变了这一局面。更重要的是，每立方米木材可储存约1吨二氧化碳，这使木结构建筑在碳汇层面的巨大潜力受到关注。

然而，自19世纪以来，由于钢材与钢筋混凝土在建筑领域一直占据主导地位，人们对木材作为建筑材料的认知相对滞后。尽管如此，木材用于住宅与宗教建筑的历史已延续数百年，亚洲7至8世纪建造的木塔至今仍屹立不倒。如今，全球木结构建筑行业蓬勃发展，欧洲（尤其是德语国家与斯堪的纳维亚地区）已成为核心区域，拥有成熟的设计规范与产业链。

苏黎世联邦理工学院的结构工程研究所木结构团队，围绕高层木结构建筑、防火技术、木-混凝土复合结构及结构强度等方向开展研究，其中部分项目与行业伙伴共同合作进行。

苏黎世联邦理工学院结构工程研究所借助奇石乐传感器技术开展木结构冲击载荷测试

从间接到直接，一次测量方法的升级

来自挪威的Alex Sixie Cao在攻读博士期间专注于木材结构强度研究：“研究的目的是深入了解建筑在遭遇意外极端载荷事件时的表现——比如事故、爆炸、材料老化、冲击载荷等情况。”

2021年至2023年，团队在研究所结构工程实验室完成了一系列胶合层压木材（GLT）的冲击载荷测试。实验室配备长4.65米、重近3.5吨的大型摆锤冲击锤及三点冲击弯曲配置的木梁。

团队最初采用基于能量的方法，通过摆锤冲击木梁过程中的动能损失计算冲击参数。摆锤配备了奇石乐的角度传感器、高速摄像机及两款不同的加速度计。“它们运行得很好，但从理论层面看，我们并未获得预期的全部数据。”Cao回忆道，“因此我们决定增加奇石乐的力传感器来直接测量冲击力。”

这一转变标志着测试方法从间接推算走向直接测量——用实测的力的数据替代能量损失推算，从根本上提升了数据的可靠性与可解读性。

苏黎世联邦理工冲击载荷测试装置——摆锤与三点冲击弯曲配置的木梁，奇石乐力传感器分别安装于左右固定装置处

紧凑·高频·可靠，奇石乐测量链的核心优势

在与其他厂商产品的对比中，奇石乐的传感器以体积小巧、频率响应高、测量方案更可靠的特点脱颖而出。团队最终选用了奇石乐的完整测量链解决方案。

奇石乐9051C型压电式力传感器可提供精准的高动态冲击测量。 团队选用8个该型号传感器，其高刚度特性能够精准测量高动态变化的冲击力。在测试装置中，4个传感器分别安装在固定木梁的支撑系统左右两侧边缘，以矩形布局安装于平板下方，有效减少弯曲效应的影响。传感器设计极为紧凑，具备极高的刚度和极低的阈值分辨率，拥有两个经过校准的测量量程，且可通过单个电荷放大器的虚拟通道功能轻松实现数值累加。

冲击测试中，四个奇石乐9051C型压电式力传感器在支撑系统两侧以矩形布局安装于平板下方，用于固定木梁

测量系统还包括5167A型LabAmp实验室电荷放大器与DynoWare数据处理软件，确保极端短时冲击下的完整数据采集。由于冲击持续时间仅约12毫秒、峰值载荷约350kN，电荷放大器每通道每秒10万次的高速数据采集速率至关重要。

同时，奇石乐的全程技术支持是项目顺利推进的重要保障。 Cao特别强调：“奇石乐在设备搭建中给予了极大帮助——他们预先安装调试好传感器，协助我们解决力测量的触发问题，并在整个实验过程中提供支持。”不止于设备的安装调试，从实验方案设计阶段的选型建议，到实验进行中的数据采集优化，再到后续的数据分析与解读——奇石乐的现场技术支持与远程响应贯穿始终。Cao对此评价道：“奇石乐的解决方案为研究成果增色不少——设备紧凑实用，对使用条件的要求也更为简易。我们对奇石乐的支持服务非常满意！他们响应迅速，每次解决问题的方式都切实推动了我们测试工作的顺利开展。”

精准测量，为规范标准制定提供科学依据

2021年至2023年间，团队共完成逾百次冲击载荷测试，涵盖云杉、山毛榉等不同木材种类，以及胶合层压木材（GLT）、层压单板木材（LVL）等不同类型，还包括带指接与不带指接的木梁。

测试结果显示，基于能量法与基于力法的测量结果存在显著差异。目前加拿大渥太华大学基于爆炸载荷实验的木材动态强度增长系数取值范围为1.0至1.2，而苏黎世联邦理工的最新测试显示：采用反作用力法得到的动态强度增长系数为2.1，采用能量法为3.0。

Cao指出：“深入研究这两种方法的差异意义重大，只有这样，在将研究成果纳入木结构建筑规范标准前，才能基于坚实的科学依据做出决策。”不过，现阶段将这些成果直接应用于结构设计标准还为时尚早，仍需更多研究来深入理解其原理。“我们的冲击载荷测试工作进展顺利，未来肯定会继续推进，甚至可能将其作为一个独立项目深入研究。”

奇石乐测量技术使苏黎世联邦理工的冲击载荷测试能够与加拿大渥太华大学的爆炸载荷测试进行直接对比，为研究方法优化提供了坚实的基础。这一研究方法的持续优化，不仅有助于提升木结构建筑的效率与强度，还有望在岩石防护栏、公路护栏等木质防护结构的概念设计中发挥重要作用。

（来源：中国工控）