一、方案概述
剪刀是我们日常生活中再常见不过的工具，它的原理其实很简单------就是一个杠杆。手握紧手柄发力，力量通过转轴传递到刀口，完成剪切。但在实际操作中，一把剪刀用起来"利不利""顺不顺手"，大多只能靠经验和手感来评判。
我们将"应变片"的微小传感器贴在剪刀的刀臂上，当剪刀受力时，刀臂会发生极其微小的形变，再转换成电信号。这样剪刀在工作时的受力情况就能被实时、定量地记录下来。
这个原理不光适用于普通剪刀。比如，手术钳、咬骨钳等医疗器械，也需要弄清"手捏握了多少力"和"钳口夹了多大力"之间的关系，以便优化设计、提升手感，或应用于智能机器人领域；在工业上，线束压接钳、钢筋切断机等工具的受力监测，关系到产品质量和操作安全；从刀具磨损判断到人机工效评估，这种测量方法都能适用。
本方案选用RunesKee公司推出的CMCU-08A多通道应变片变送器进行演示，以一把普通剪刀为对象，选用6片应变片贴在刀臂表面(两个刀臂各3片)，对剪切过程中的受力进行实时测量和分析。测量精度是24位AD，最小测量分辨率可以到0.1με。更主要的是，用一条USB线就可以连接电脑同步采集、保存数据、和使用数据录屏回放功能。也可以搭配RS485无线透传套件实现无线数据传输，没有了线缆的牵绊，对于剪刀操作测量环境来说灵活性非常高。我们希望这个方案所建立的方法，也能为医疗器械、工业工具乃至刀具健康监测等类似应用提供一些参考。
二、测量方案
2.1 测量系统组成
测量系统由以下部分组成：
2.2 应变片粘贴位置
应变片粘贴位置的选择是测量的关键步骤。本次采用的方案：将应变片粘贴于剪刀的两个刀臂表面，选用3个测点位置，可以分别分析剪刀工作时各部位的形变情况。粘贴前需对粘贴表面进行打磨(如果表面平滑平整，可以跳过这一步)、清洁处理，去除氧化层和油污，确保应变片与刀臂表面紧密贴合，粘贴后需用手指进行加压固化，然后待胶水充分固化方可进行实验。
根据实验性质需求，本次为短期实验，环境温度约28~30℃，选用普通的502粘贴胶水进行测试，手指加压固化一分钟，超短期实验可以放置20分钟以上再做实验，建议放置静止1小时（充分固化）。
如果做长期监测实验，必须选用专业胶水，一般有常温固化的AB胶、更专业的有H610环氧树脂AB胶水。
三、实验过程
本文主要讲解实验流程，想看现场实操的朋友，可跳转 B 站视频：https://www.bilibili.com/video/BV1zdga6nEJy/?vd_source=49918cf7820d482f7a5585eb7abef098
3.1 实验准备
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选取一把标准剪刀，清洁刀臂上表面，在预定位置粘贴应变片。
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将应变片引线连接至CMCU-08A采集板的传感器接口。
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通过USB线将采集板连接至电脑，打开调试软件设置应变片参数，即可开始采集；另外也有附赠了一个数据分析软件。
3.2 实验设计
实验一：空剪与实剪的对比测量
通过对比"空剪"（不剪任何物体）和"实际剪切"的应变信号差异，来分离纯粹用于材料断裂的力。具体操作：先用同一把剪刀进行空剪操作，记录空剪时的应变信号（主要反映刀臂自身运动和转轴摩擦）；再剪切标准测试材料，记录实剪时的应变信号。两者之差即为用于切断材料的有效力，这是评估剪刀锋利度的量化指标。
实验二：不同材料剪切力对比
选取纸张、厚纸板、PVC塑料薄板、线缆等不同材质与厚度的物体，分别进行剪切实验，记录每种材料剪切过程中的应变-时间曲线。通过对不同样本的剪切实验，来区分不同力学性能的材料。(由于是人手实验，剪切力度和剪切角度难以控制，数据会有大有小，但这并不影响这个剪切实验的原理。)
可以扩展实验：重复剪切的力变化趋势
连续剪切同种标准材料多次（如50次或100次），记录每次剪切的峰值应变。观察峰值力随剪切次数的变化趋势------如果力持续增大，说明刀刃在逐渐磨损。
或多次剪切粘性胶带后使粘性胶体粘贴到刀刃上，粘胶使刀刃越来越钝，需要剪下的力也会越来越大，通过这些数据现象情况，可以分辨出刀刃的异常情况，从而及时进行清洁。
3.3 数据采集
CMCU-08A采集器的AD芯片采样速率支持10Hz、40Hz、640Hz、1.28KHz(芯片采样频率并非串口采集速率)，通信波特率115200(可修改)，连接电脑通信时，由于受限于电脑串口环境，最快采集间隔时间可以达到10ms/次，如果连接的是工控设备，最快还可以达到5ms/次的采集间隔时间。
对于剪刀剪切这类瞬态过程，以捕捉剪切瞬间的应力峰值和动态变化。《Force Sensing Surgical Scissor Blades using Fibre Bragg Grating Sensors》文献中采用的实验装置还被验证能够准确区分均质组织样本，证明了该方法在材料辨识方面的潜力
四、应用价值
4.1 剪刀性能的综合评估
本方案通过应变片测量刀臂受力，可同时服务于三个层面的剪刀性能评估。锋利度量化方面，通过"空剪"与"实剪"的应变信号差值计算出切断材料所需的纯剪切力，数值直接反映刀刃锋利程度，可作为出厂检测的客观标准替代主观"试剪"。材料辨识方面，不同材料在剪切过程中呈现不同的力-时间曲线特征，可用于分析被剪材料的力学属性。磨损监测方面，对同种材料重复剪切并跟踪峰值力变化，当峰值力超出初始值一定比例时即可判定需修磨或更换，实现预测性维护。
4.2 医疗器械领域（手术钳/持针器/咬骨钳）
手术钳、持针器、咬骨钳等器械与剪刀具有相同的力学结构------以转轴为中心、手柄输入、钳口输出。将应变片粘贴于钳口附近，可测量器械与组织的交互力。在研发阶段，通过实测钳口力与手柄力的对比，评估器械的传动效率和手感反馈。以咬骨钳为例，测量钳口折断骨骼时的受力，可确保医生用最小的手劲获得足够的夹持力，避免手术中滑脱（力不足）或夹伤组织（力过大）。该方法还可用于不同品牌同类产品的横向对比评测，以及同一器械使用多次后的性能衰减评估。
4.3 工业压接与切断工具（线束压线钳/电缆剪）
在航空航天和汽车线束厂，压线钳和电缆剪每日高频使用，其工作质量直接决定产品可靠性。压线钳的钳口受力直接反映压接端子的紧密程度------力过小会导致接触电阻过大（发热隐患），力过大则可能压断芯线。通过应变片监测每一次压接的峰值力，当峰值力持续下降时提示更换模具，可杜绝批次性质量事故。电缆剪的刀口受力监测用于判断刀片变钝或线缆是否被完全切断，避免因剪切不彻底导致的线缆毛刺或芯线损伤。该方法同样适用于操作者疲劳度评估------若某工人操作同一工具的手柄力持续偏高，说明操作姿势或工具维护存在问题。
4.4 农林园艺修剪工具（高枝剪/大力果剪）
高枝剪通过滑轮组或连杆机构实现远距离操控，其设计核心是省力比。通过在刀片根部粘贴应变片测量剪切枝条时的受力，可直接验证实际省力比是否达到设计目标。如果实测剪切力高于理论值，说明滑轮摩擦损耗过大或连杆铰链存在卡滞，设计需要优化。在实际使用中，果农和园艺工人往往依赖手感判断剪刀是否需要打磨。本方案提供了量化依据------如果剪切同种枝条的峰值力相比首次使用时增大了一定值，说明刀刃已经变钝，需要打磨。对于大面积果园而言，这意味着无需拆卸即可远程指导维护。
4.5 机器人柔性夹爪
工业夹爪或仿生手抓取精密零件（如鸡蛋、芯片）时，需要对夹持力进行精确控制。将应变片粘贴于指尖或夹爪臂上，可实时测量抓取物体的夹持力。这一测量原理与剪刀的受力测量相同------剪刀是"人握手柄→刀口输出剪切力"，夹爪是"驱动器输入力矩→指尖输出夹持力"。通过实时监测夹持力变化，控制器可动态调整驱动电流，实现"柔顺控制"，防止夹碎物体。
五、应用前景
5.1 智能手术器械
随着微创手术和机器人手术的普及，具备力感知能力的智能手术器械需求日益增长。本方案所用应变片体积小、成本低，有望成为手术剪刀、手术钳类器械的力感知组件，为外科医生提供实时的力觉反馈，提升手术安全性。
5.2 在役刀具的健康监测
基于应变测量的刀具受力监测系统，可与物联网平台结合，实现刀具磨损的自动预警和寿命预测。当剪切力持续增大并超过设定阈值时，系统自动提示更换刀具，尤其适用于批量使用模具和刀具的制造业产线。
5.3 材料力学性能测试
利用传感器化刀片测量材料剪切过程中的力-时间曲线，为生物组织、软材料等的断裂韧性测试提供了一种简便、低成本的新手段，可作为传统材料试验机的补充方案。
5.4 人机工效与劳动安全
通过测量工具操作力的长期数据积累，可建立不同工种的操作力数据库，为劳动安全标准的制定和工具省力化设计提供数据支撑。
六、总结
本文提出了一套基于应变片与CMCU-08A应变采集器的剪刀刀臂应力测量实验方案。将应变片粘贴于剪刀刀臂表面，通过标定建立应变与力的对应关系，实现了剪切过程中刀口受力的实时测量与量化分析。
初次测量一种款式或材质的剪刀，为严谨起见，大型的剪刀，建议可以分段贴上应变片，先测量是否每个区域受力都是一致的，如果测量结果理想，便可只选用一个部位粘贴一处应变片就可以投入使用，无需多片应变片。小型的剪刀一般选择一片足以，粘贴于刀刃或刀臂的有限位置上即可。
本方案的核心价值在于为剪刀锋利度评估、材料力学特性辨识和刀具磨损监测提供了量化手段。其测量思路可扩展至医疗器械、工业压接与切断工具、农林修剪工具和机器人夹爪等领域，为相关工具的性能评估与状态监测提供技术参考。