分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及分布式傳感光纖性能的多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試集成平臺(tái)及測(cè)試方法。分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置中光纖多自由度固定系統(tǒng)依次與人工加卸載裝置和油壓控制加卸載裝相連接，待測(cè)光纖與光纖多自由度固定系統(tǒng)以及分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)相連接；通過控制多自由度固定系統(tǒng)中的裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖性能的測(cè)試。本測(cè)試平臺(tái)所有部件均可自由拆卸與裝配，為完成不同測(cè)試要求搭建了一個(gè)多目標(biāo)測(cè)試平臺(tái)，給可能的試驗(yàn)探究提供了巨大的二次開發(fā)空間，本發(fā)明的裝置，具有構(gòu)造輕便、價(jià)格低廉、操作方便、受干擾小、測(cè)試類多、適應(yīng)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定以及加卸方便等眾多優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及分布式傳感光纖性能的多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試集成 平臺(tái)及測(cè)試方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們安全意識(shí)不斷提高以及各領(lǐng)域工程大量興建，結(jié)構(gòu)物的健康監(jiān)測(cè)更顯重 要和緊迫，光纖智能材料作為一種功能型傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用不斷增加。分布 式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相對(duì)于電信號(hào)為基礎(chǔ)的傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和點(diǎn)式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，其技術(shù)難 度、監(jiān)測(cè)量的內(nèi)容、指標(biāo)以及監(jiān)測(cè)場(chǎng)合和范圍均顯現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢(shì)。
[0003] 與分布式光纖傳感器光學(xué)參數(shù)相比，其自身一些物理參數(shù)并不完全是定量技術(shù)指 標(biāo)，國(guó)內(nèi)外通常做法是進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，在試驗(yàn)中不破壞即為合格產(chǎn)品，試驗(yàn)的發(fā)生是概率事 件，不可能對(duì)于每一卷光纖每一處都進(jìn)行試驗(yàn)，因此對(duì)于實(shí)際工程中所應(yīng)用的光纖參數(shù)性 能基本為未知，即使對(duì)于進(jìn)行過不破壞試驗(yàn)的合格光纖而言，對(duì)于其性能優(yōu)劣程度也缺乏 定量認(rèn)知，因此對(duì)于光纖選型、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、采購(gòu)、施工以及使用均帶來(lái)了極大不便和浪費(fèi)。
[0004] 對(duì)于目前國(guó)內(nèi)外光纖應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)講，用戶所使用的分布式光纖傳感器參數(shù)基本都 是采用光纖出廠時(shí)所常規(guī)標(biāo)定的參數(shù)。應(yīng)用于較復(fù)雜的工作環(huán)境時(shí)，特別是針對(duì)水工建筑 物等復(fù)雜巨工程的野外特殊工作環(huán)境，其對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠性產(chǎn)生影響，尤其是分布式光纖 傳感器的力學(xué)性能以及傳感性能顯著影響實(shí)際應(yīng)用精度。
[0005] 不同的光纖原材料或者不同的光纖生產(chǎn)工藝下所制造的光纖各項(xiàng)指標(biāo)存在著較 大差別，對(duì)于不同光纖生產(chǎn)廠家、不同光纖型號(hào)、不同護(hù)套材料以及同一光纖型號(hào)不同生產(chǎn) 批次等情況下光纖基本參數(shù)也存在差異性，因此不論是科學(xué)研究還是生產(chǎn)應(yīng)用，對(duì)于分布 式光纖力學(xué)性能以及傳感性能的測(cè)試都成為首要開展的前提工作。
[0006] 光纖拉伸斷裂力比較小，為了能夠及時(shí)精確地捕捉追蹤到其產(chǎn)生、發(fā)展、破壞全生 命周期內(nèi)的變形機(jī)理，急切需要研究一種精確靈便的多目標(biāo)光纖試驗(yàn)平臺(tái)；隨著光纖傳感 技術(shù)向著智能化、數(shù)字化、集成化以及小型化方向發(fā)展，監(jiān)測(cè)其空間分辨率技術(shù)不斷提高， 其監(jiān)測(cè)微小結(jié)構(gòu)體成為了必然趨勢(shì)，為了更好配套于分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，需要研 發(fā)一種量程可調(diào)、方便攜帶、測(cè)試精確及構(gòu)造簡(jiǎn)單的多目標(biāo)測(cè)試集成平臺(tái)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了解決實(shí)際工程中分布式傳感光纖的力 學(xué)性能以及傳感性能等測(cè)試問題而提出一種更加有效準(zhǔn)確地靜動(dòng)態(tài)多自由度光纖性能測(cè) 試平臺(tái)及測(cè)試方法，將緊套光纖的一些性能從一個(gè)定性指標(biāo)變成一個(gè)定量指標(biāo)，從普通意 義推廣到具體工程實(shí)際應(yīng)用概念；本發(fā)明裝置以及方法可進(jìn)行高精度光纖力學(xué)性能室內(nèi)標(biāo) 定試驗(yàn)，也可以面向光纖應(yīng)用于實(shí)際工程前的測(cè)試工作；在要求更精確標(biāo)定結(jié)果時(shí)，可以多 次計(jì)算，根據(jù)其計(jì)算結(jié)果服從正態(tài)分布原則，最終獲得更加精確的校準(zhǔn)結(jié)果。
[0008] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，包括光纖多自由 度固定系統(tǒng)、人工加卸載裝置、油壓控制加卸載裝、待測(cè)光纖、分布式光纖布里淵頻移獲取 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)；光纖多自由度固定系統(tǒng)依次與人工加卸載裝置和油壓控制加卸 載裝相連接，待測(cè)光纖與光纖多自由度固定系統(tǒng)以及分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)相連 接。通過控制多自由度固定系統(tǒng)中的裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖性能的測(cè)試；分布式光纖布里淵頻移 獲取系統(tǒng)用于采集光纖處于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)受力條件下布里淵頻移量值等光纖光學(xué)信息；數(shù)據(jù) 處理分析系統(tǒng)用于在線處理與分析分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)以及力傳感器、高靈敏 度溫度計(jì)等采集到的數(shù)字化信息。
[0010] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，所述初始端彈性 固定裝置通過緊固螺桿貫通弧形前倉(cāng)將初始端彈性固定裝置固定于初始固定端放置臺(tái)上， 光纖通過弧形前倉(cāng)中小口徑光纖連通通道與高彈性內(nèi)環(huán)壁中的微小口徑光纖聯(lián)通通道，通 過轉(zhuǎn)動(dòng)連通螺桿上的調(diào)節(jié)螺栓對(duì)高彈性內(nèi)環(huán)壁施加軸向的壓力，通過圓L型外環(huán)壁對(duì)高彈 性內(nèi)環(huán)壁施加橫向壓力，通過高彈性內(nèi)環(huán)壁將環(huán)向約束傳遞到微小口徑光纖聯(lián)通通道。 [0011] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，光纖多自由度固 定系統(tǒng)還包括中間滑輪連動(dòng)裝置一和中間滑輪連動(dòng)裝置二，在后操作臺(tái)中間上部位置以及 中間偏下部位置分別設(shè)置有前后貫通的放置槽，以安放中間滑輪連動(dòng)裝置一和中間滑輪連 動(dòng)裝置二；中間滑輪連動(dòng)裝置一中通過操縱與刻度圓盤連接的角度調(diào)節(jié)圓柄進(jìn)而帶動(dòng)控 制轉(zhuǎn)動(dòng)連桿；以固定支點(diǎn)圓盤為固定支點(diǎn)，水平連接滑輪將從初始端彈性固定裝置中引出 光纖且水平地過渡到中間滑輪連動(dòng)裝置一中；上述裝置被封裝在弧形操作室中，且被緊固 螺桿固定于后操作臺(tái)內(nèi)；通過放置于后操作臺(tái)上的中間槽內(nèi)連接滑輪，將中間滑輪連動(dòng)裝 置一中引出的待測(cè)光纖引至堅(jiān)向小口徑光纖聯(lián)通通道內(nèi)、并且連接到中間滑輪連動(dòng)裝置二 上；中間滑輪連動(dòng)裝置二主要包括大直徑過渡滑輪以及小直徑過渡滑輪，其將待測(cè)光纖過 渡到后續(xù)測(cè)試段。
[0012] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，光纖多自由度固 定系統(tǒng)還包括末端非剛性固定裝置；末端非剛性固定裝置中通過轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓環(huán)帽控制旋轉(zhuǎn) 圓環(huán)進(jìn)出；旋轉(zhuǎn)圓環(huán)內(nèi)壁內(nèi)設(shè)有螺件，待測(cè)光纖通過外壁設(shè)有螺紋的光纖聯(lián)通通道，光纖聯(lián) 通通道靠近光纖一側(cè)設(shè)有彈性材料內(nèi)壁、且與待測(cè)光纖接觸并將環(huán)向荷載傳遞到待測(cè)光纖 中，彈性材料圓壁受到旋轉(zhuǎn)圓環(huán)的水平向壓力，外緣厚壁圓桶將環(huán)向約束施加到彈性材料 圓壁上，環(huán)向荷載傳遞到光纖聯(lián)通通道中的彈性材料內(nèi)壁中。
[0013] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置中，普通連接滑輪 可更換為內(nèi)置彈簧的特制滑輪，螺紋桿柄與螺紋桿相連，螺紋桿的一端深入后操作臺(tái)，弧形 槽分別開槽于上長(zhǎng)條形鋼塊和下長(zhǎng)條形鋼塊一端，在其對(duì)應(yīng)的另一端分別開槽，高彈性彈 簧對(duì)相向的弧形槽施加堅(jiān)向荷載，從而，待測(cè)光纖受到環(huán)向約束。
[0014] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置本測(cè)試裝置還包 括兩套光纖加卸載裝置，對(duì)于人工加卸載裝置而言，螺紋圓盤以及固定圓盤將人工控制手 柄與前操作平臺(tái)連接固定，帶刻度水平橫梁貫穿移動(dòng)平臺(tái)，帶刻度水平橫梁上標(biāo)注有刻度， 移動(dòng)平臺(tái)與前操作平臺(tái)之間有雙向力傳感器，人工控制手柄與轉(zhuǎn)動(dòng)水平螺紋橫梁連接，人 工控制手柄兩端分別有轉(zhuǎn)動(dòng)手柄和微調(diào)控制手柄，移動(dòng)平臺(tái)受到水平螺紋橫梁的水平轉(zhuǎn)動(dòng) 力，將水平荷載傳遞到初始端彈性固定裝置上；對(duì)于油壓控制加卸載裝置而言，伸縮圓柱與 油壓加卸載控制手柄相連。
[0015] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置本測(cè)試裝置還包 括特殊固定用圓座，固定用圓套管將特殊固定用圓座連接到底端水平固定橫柱，并且通過 連接鋼板將固定用堅(jiān)圓座連接。
[0016] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置本測(cè)試裝置中待 測(cè)光纖，從頂端一直沿著測(cè)試裝置延伸到測(cè)試平臺(tái)下端，最后與光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng) 相連接。
[0017] 本發(fā)明所敘述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置本裝置可以通 過光纖加卸載系統(tǒng)對(duì)光纖施加動(dòng)靜態(tài)荷載，配套的分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)和數(shù) 據(jù)處理分析系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集以及分析光纖信息，可以完成光纖不同曲率下的性能測(cè) 試，以及對(duì)其極限拉伸荷載及綜合彈性模量等參數(shù)實(shí)現(xiàn)直接或間接監(jiān)測(cè)。
[0018] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置的測(cè)試步驟如 下：
[0019] 待測(cè)光纖與初始端彈性固定裝置連接，經(jīng)過中間滑輪連動(dòng)裝置一以及中間滑輪連 動(dòng)裝置二，后經(jīng)末端非剛性固定裝置被水平引出到光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)；
[0020] 步驟1 :裝配各部件并進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康挠绕溲b配特制滑輪裝置以及 調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)角度調(diào)節(jié)圓柄規(guī)定試驗(yàn)曲率，布設(shè)待測(cè)光纖。
[0021] 步驟2 :記錄初始時(shí)間、溫度以及待測(cè)光纖初始標(biāo)距，確定加載類型和動(dòng)靜態(tài)監(jiān)測(cè) 方式，通過雙向力傳感器所監(jiān)測(cè)的結(jié)果來(lái)控制加載級(jí)數(shù)，后對(duì)試件進(jìn)行受力試驗(yàn)。
[0022] 步驟3 :基于試驗(yàn)?zāi)康?，監(jiān)測(cè)、采集各個(gè)部位的長(zhǎng)度、角度和荷載等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0023] 步驟4:基于待測(cè)光纖的上述力學(xué)試驗(yàn)，利用采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)時(shí)靜動(dòng)態(tài) 分析。
[0024] 有益效果
[0025] 發(fā)明提供的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置及方法，對(duì)于光纖選 型、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、采購(gòu)、施工以及使用提供了一個(gè)可靠的動(dòng)靜態(tài)多自由度加卸控制系統(tǒng)，對(duì)于 光纖傳感參數(shù)的標(biāo)定、應(yīng)用于工程前的性能檢測(cè)以及進(jìn)一步完善分布式光纖理論及其實(shí)際 應(yīng)用，提供了較好的測(cè)試平臺(tái)；本發(fā)明巧妙設(shè)計(jì)了多種光纖彈性固定系統(tǒng)，將光纖無(wú)損耗且 多自由度固定，依靠獨(dú)特滑輪連桿裝置可隨意改變光纖彎曲角度，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)監(jiān)測(cè)；采用特 殊設(shè)計(jì)的人工和油壓兩套加卸載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自由控制光纖動(dòng)靜態(tài)加卸載，其布里淵頻移獲 取系統(tǒng)、力傳感系統(tǒng)以及溫度采集系統(tǒng)等輔助設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其力學(xué)性能以傳感性能的實(shí) 時(shí)采集和分析。
[0026] 本發(fā)明對(duì)于分布式光纖傳感技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中精度校準(zhǔn)以及提高都具有重要的 意義，本測(cè)試平臺(tái)所有部件均可自由拆卸與裝配，為完成不同測(cè)試要求搭建了一個(gè)多目標(biāo) 測(cè)試平臺(tái)，給可能的試驗(yàn)探究提供了巨大的二次開發(fā)空間，本發(fā)明的裝置，具有構(gòu)造輕便、 價(jià)格低廉、操作方便、受干擾小、測(cè)試類多、適應(yīng)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定以及加卸方便等眾多優(yōu)勢(shì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置的平面示意圖；
[0028] 圖2是圖1中局部I結(jié)構(gòu)的放大示意圖；
[0029] 圖3是圖1中局部II結(jié)構(gòu)的放大示意圖；
[0030] 圖4是圖1中局部III結(jié)構(gòu)的放大示意圖；
[0031] 圖5為本發(fā)明的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置的主視圖；
[0032] 圖6為本發(fā)明的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置1-1剖面圖；
[0033] 圖7為本發(fā)明的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置2-2剖面圖；
[0034] 圖8為本發(fā)明試驗(yàn)裝置中初始端彈性固定裝置71剖面圖；
[0035] 圖9為本發(fā)明試驗(yàn)裝置中中間滑輪連動(dòng)裝置一 72剖面圖；
[0036] 圖10為本發(fā)明試驗(yàn)裝置中中間滑輪連動(dòng)裝置二73剖面圖；
[0037] 圖11為本發(fā)明試驗(yàn)裝置中末端非剛性固定裝置74剖面圖；
[0038] 圖12為本發(fā)明試驗(yàn)裝置中末端非剛性固定裝置74的3-3剖面圖；
[0039] 圖13為本發(fā)明試驗(yàn)裝置中特制滑輪裝置16剖面圖；
[0040] 圖14為本發(fā)明試驗(yàn)裝置中特制滑輪裝置16的4-4剖面圖；
[0041] 圖15為本發(fā)明試驗(yàn)裝置中特殊固定用圓座92剖面圖；
[0042] 圖16為基于本發(fā)明裝置光纖水平拉伸試驗(yàn)對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0044] 分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置及方法，它是由光纖多自由度固 定系統(tǒng)70、人工加卸載裝置81以及油壓控制加卸載裝置40、待測(cè)光纖80、分布式光纖布里 淵頻移獲取系統(tǒng)50、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)60以及其他輔助系統(tǒng)組成。
[0045] 其中，光纖多自由度固定系統(tǒng)主要包括初始端彈性固定裝置71、中間滑輪連動(dòng)裝 置一 72和中間滑輪連動(dòng)裝置二73以及末端非剛性固定裝置74,通過控制多自由度固定系 統(tǒng)70中的不同裝置實(shí)現(xiàn)待測(cè)光纖不同方向、不同曲率上的布設(shè)；光纖分布式光纖布里淵頻 移獲取系統(tǒng)50主要用來(lái)采集光纖處于靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)受力條件下，布里淵頻移量值等光纖 光學(xué)信息；數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)60主要是在線處理與分析分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng) 以及力傳感器、高靈敏度溫度計(jì)等采集到的數(shù)字化信息；其他輔助測(cè)試裝置主要包括高靈 敏度電子溫度計(jì)91、特殊固定用圓座92、油壓加卸載控制手柄93以及減震彈性支架94等 配套附屬裝置。
[0046] 光纖多自由度固定系統(tǒng)70包括四種不同設(shè)計(jì)思路和使用方法的光纖多自由度固 定裝置，其中初始端彈性固定裝置71中通過緊固螺桿1貫通弧形前倉(cāng)2,將初始端彈性固定 裝置牢固地固定于初始固定端放置臺(tái)46,光纖通過弧形前倉(cāng)2中小口徑光纖連通通道6以 及高彈性內(nèi)環(huán)壁5中的微小口徑光纖聯(lián)通通道7,通過轉(zhuǎn)動(dòng)連通螺桿4上的調(diào)節(jié)螺栓8不斷 對(duì)高彈性內(nèi)環(huán)壁5施加軸向的壓力，高彈性內(nèi)環(huán)壁5因受到軸向壓力不斷受迫而發(fā)生軸向 壓縮，但其縱向截面因受到圓L型外環(huán)壁3的縱向壓力束縛，其將不斷地縱向緊固微小口徑 光纖聯(lián)通通道7,最終將微小口徑光纖聯(lián)通通道7中的光纖緊緊壓制于其中，采用橫向受壓 聯(lián)動(dòng)縱向彈性變形的方法將目標(biāo)光纖以非剛性的方式緊固于拉伸端，可以極為有效地避免 光纖在受到剛性?shī)A具夾持時(shí)因材料硬度不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的物理?yè)p傷。本發(fā)明的初始端彈性固 定裝置71為針對(duì)本試驗(yàn)平臺(tái)特殊要求而設(shè)計(jì)，更換方便、操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，其為光纖性 能測(cè)試提供了有力的保障。
[0047] 光纖多自由度固定系統(tǒng)70包括中間滑輪連動(dòng)裝置一 72和中間滑輪連動(dòng)裝置二 73。中間滑輪連動(dòng)裝置一 72中，通過操縱與刻度圓盤9連接的角度調(diào)節(jié)圓柄10,進(jìn)而帶動(dòng) 控制轉(zhuǎn)動(dòng)連桿18,根據(jù)不同測(cè)試需求來(lái)調(diào)節(jié)可調(diào)角度滑輪15,使得光纖在該處的彎曲角度 發(fā)生變化，固定支點(diǎn)圓盤11起到固定以及支點(diǎn)作用，水平連接滑輪14主要是將從初始端彈 性固定裝置71中引出的光纖，水平過渡到中間滑輪連動(dòng)裝置一 72中，整個(gè)裝置被封裝在弧 形操作室13中，其可以自由拆卸，以便于安裝光纖以及控制操作，其主要是提供各個(gè)部件 連接及操作空間，保護(hù)各個(gè)部件免受外界可能存在的不利環(huán)境干擾，整個(gè)裝置被緊固螺桿 12牢固地固定于后操作臺(tái)20,該處發(fā)明的中間滑輪連動(dòng)裝置一 72利用杠桿平衡原理，通過 固定支點(diǎn)高效精確地實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖彎曲角度的控制，其可操作性強(qiáng)。通過放置于后操作臺(tái) 上的中間槽內(nèi)連接滑輪16,將從中間滑輪連動(dòng)裝置一 72中引出的待測(cè)光纖80引至堅(jiān)向小 口徑光纖聯(lián)通通道17,連接到中間滑輪連動(dòng)裝置二73。中間滑輪連動(dòng)裝置二73主要包括 大直徑過渡滑輪18以及稍小直徑過渡滑輪19,其將待測(cè)光纖80簡(jiǎn)單有效地過渡到后續(xù)試 驗(yàn)段，該處發(fā)明的中間滑輪連動(dòng)裝置二73巧妙利用不等直徑的大小圓盤外圓弧相切，將待 測(cè)光纖80平緩地從堅(jiān)直位置過渡到水平位置，其不僅可以靈活調(diào)節(jié)光纖位置，而且可以使 得該處光纖彎曲曲率完全符合測(cè)試要求；在后操作平臺(tái)中間上部位置以及中間偏下部位置 分別設(shè)置有前后貫通的放置槽，以方便放置中間滑輪連動(dòng)裝置一 72以及中間滑輪連動(dòng)裝 置二 73。
[0048] 光纖多自由度固定系統(tǒng)70還包括末端非剛性固定裝置74。該裝置中通過轉(zhuǎn)動(dòng)旋 轉(zhuǎn)圓環(huán)帽21可以控制旋轉(zhuǎn)圓環(huán)22進(jìn)出，旋轉(zhuǎn)圓環(huán)內(nèi)壁為帶螺紋部件，光纖聯(lián)通通道25為 外壁帶螺紋薄層光纖通道，該光纖通道靠近光纖一側(cè)有一定厚度的彈性材料內(nèi)壁47,其與 光纖接觸，可以將環(huán)向荷載有效傳遞到待測(cè)光纖80中，且可以保證光纖不受到剛性量級(jí)差 距較大的高剛性部件壓迫而破壞，當(dāng)旋緊旋轉(zhuǎn)圓環(huán)22時(shí)，其靠近彈性材料圓壁24的一端面 將擠壓彈性材料圓壁24,由于其外緣厚壁圓桶23剛性較大，迫使其向光纖聯(lián)通通道25方向 壓縮，外加其內(nèi)層的彈性材料內(nèi)壁47具有彈性膨脹與壓縮特性，將光纖以非剛性的方式固 定于其中。本發(fā)明的非剛性固定裝置74,合理利用了力傳遞以及平衡原理，巧妙結(jié)合彈性材 料體特性，通過螺紋間轉(zhuǎn)動(dòng)連動(dòng)控制荷載，較好地實(shí)現(xiàn)了光纖非剛性的連動(dòng)固定，其操作簡(jiǎn) 單，為實(shí)現(xiàn)光纖的有效操作控制提供了另一新途徑。
[0049] 本測(cè)試平臺(tái)在需要精確計(jì)算溫度效應(yīng)影響或者環(huán)境溫度變化較大等情況下的溫 度補(bǔ)償計(jì)算時(shí)，可以將普通連接滑輪16更換為內(nèi)置彈簧的特制滑輪。本特制滑輪裝置主要 通過螺紋桿柄26轉(zhuǎn)動(dòng)一端深入后操作臺(tái)20的螺紋桿27,其將連帶高彈性彈簧30壓縮，帶 動(dòng)對(duì)向的弧形槽29對(duì)接，其內(nèi)敷設(shè)的待測(cè)光纖80將隨之被緊密壓實(shí)，此處發(fā)明的裝置利用 彈簧工作原理，結(jié)合螺紋加卸載思路，根據(jù)力平衡原理，通過外層設(shè)置有一定厚度彈性材料 的對(duì)向移動(dòng)的弧形槽29將光纖固定于其中，其仍為彈性固定裝置，但其為該處特殊堅(jiān)向固 定位置而獨(dú)特設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)與光纖柔性銜接，協(xié)同變形，其思路新穎，構(gòu)造簡(jiǎn)潔，其中弧形 槽29分別開槽于上長(zhǎng)條形鋼塊28和下長(zhǎng)條形鋼塊31 -端，為了備用在其對(duì)應(yīng)的另一端分 別開槽。將待測(cè)光纖80固定之后，從該處一直向下延伸到末端非剛性固定裝置74處的待 測(cè)光纖80為固定且自由狀態(tài)，其不受加載裝置的影響，其為只有溫度變化所引起的布里淵 頻移段，通過分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)50將本處作為溫度補(bǔ)償段分析計(jì)算。
[0050] 本測(cè)試平臺(tái)光纖加卸載系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)不同測(cè)試需求，設(shè)計(jì)了兩套光纖加卸載裝 置。一套為人工加卸載裝置81，其主要是通過人工控制手柄33來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)水平螺紋橫梁32， 通過將螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)36水平向受力移動(dòng)，進(jìn)而拉動(dòng)初始端彈性固定裝置71水平 向前移，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖的人工加卸載，通過螺紋圓盤35以及固定圓盤34,將其人工 控制手柄33與前操作平臺(tái)37連接固定，在附圖1中人工控制手柄33左右端分別有轉(zhuǎn)動(dòng)手 柄和微調(diào)控制手柄，根據(jù)不同需要可以對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)操作，帶刻度水平橫梁38貫穿移動(dòng)平 臺(tái)36,其主要用來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)注顯示刻度，在移動(dòng)平臺(tái)36與前操作平臺(tái)37之間有雙向力傳感 器39,其主要用來(lái)獲取傳感光纖受到加卸載裝置作用下動(dòng)靜態(tài)加荷和卸載值；第二套加載 裝置為油壓控制加卸載裝置，其主要有伸縮圓柱40、油壓加卸載控制手柄93以及油壓控制 系統(tǒng)等多部件組成。
[0051] 本測(cè)試裝置中另安裝一套溫度補(bǔ)償計(jì)算用高靈敏度電子溫度計(jì)91，其可以自動(dòng)讀 取此刻溫度以及顯示當(dāng)前日期以及時(shí)間，其為判斷外界環(huán)境溫度影響效應(yīng)、進(jìn)行溫度補(bǔ)償 計(jì)算和記錄完整測(cè)試過程的有效補(bǔ)充。在使用過程中可能存在過大的拉伸荷載，使得該設(shè) 備出現(xiàn)位置移動(dòng)或者是在實(shí)際工程中出現(xiàn)非水平面內(nèi)使用的特殊情況，為此特殊設(shè)計(jì)了其 他輔助系統(tǒng)中的特殊固定用圓座92 :固定用圓套管42將特殊固定用圓座92連接到底端水 平固定橫柱44,并且通過連接鋼板41將固定用堅(jiān)圓座43連接，在需要固定情況下通過固定 用堅(jiān)圓座43以及螺栓桿將其固定于某需要固定位置處。在整個(gè)測(cè)試平臺(tái)底端安裝有減震 硬彈性支架94,其主要由內(nèi)置硬彈性材料構(gòu)成，可以用來(lái)防止外力干擾以及試驗(yàn)和運(yùn)輸過 程存在的震動(dòng)等影響，以最大程度地降低外界環(huán)境的干擾，提高光纖測(cè)試平臺(tái)測(cè)試結(jié)果的 準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
[0052] 對(duì)于本測(cè)試裝置中的光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)50而言，對(duì)于不同的分析儀其空 間分辨率也有較大差別，待測(cè)光纖80從頂端一直沿著測(cè)試裝置延伸到試驗(yàn)平臺(tái)下端，該獨(dú) 特的光纖走向，增加了待測(cè)光纖的長(zhǎng)度，本做法目的之一即為了使得本裝置能與不同空間 分辨率的光纖分析儀更好結(jié)合使用。
[0053] 待測(cè)光纖80在受到光纖加卸載系統(tǒng)加載時(shí)其布里淵頻移的變化量值（Λ vB) 與溫度T、應(yīng)變?chǔ)诺淖兓嘘P(guān)，且有較好的線性關(guān)系，溫度T所引起的布里淵頻移vB(T) 用公式表示為 vB(T) =vB(T〇)+C/ ΛΤ，即 ΛνΒ(Τ) =vB(T)-vB(T。）= ATXC/，其中， vB(T0)為初始溫度T0下的布里淵頻移量值，ΛνΒ(Τ)為待測(cè)光纖被拉伸段的溫度變化所 引起的布里淵頻移變化量，C/為待測(cè)光纖被拉伸段的溫度系數(shù)，ΛΤ即為溫度的變化量 值，可以通過前述溫度補(bǔ)償用光纖或者高靈敏度電子溫度計(jì)91獲取結(jié)果；通過上述公式 可以計(jì)算出此時(shí)被拉伸段待測(cè)光纖因外界溫度引起的形變量值，進(jìn)而根據(jù)△%( ε，T) e 伸=C ε ' Δ ε +CT ' Δ T可以得出Δ vB ( ε，T)拉伸=Δ vB ( ε )拉伸+ Δ vB⑴拉伸，即可得出 Δ νΒ( ε ) e#= Δ νΒ( ε，T) vB(T) ，最終計(jì)算出利用本測(cè)試平臺(tái)所監(jiān)測(cè)的形變量值 為

【權(quán)利要求】
1. 分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特征在于：包括光纖多自由度 固定系統(tǒng)（70)、人工加卸載裝置（81)、油壓控制加卸載裝（40)、待測(cè)光纖（80)、分布式光纖 布里淵頻移獲取系統(tǒng)（50)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)（60);光纖多自由度固定系統(tǒng)（70)依次與人 工加卸載裝置（81)和油壓控制加卸載裝（40)相連接，待測(cè)光纖（80)與光纖多自由度固定 系統(tǒng)（70)以及分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)（50)相連接；通過控制多自由度固定系統(tǒng) (70)中的裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖性能的測(cè)試；分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)（50)用于采集光 纖處于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)受力條件下布里淵頻移量值等光纖光學(xué)信息；數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)（60) 用于在線處理與分析分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)以及力傳感器、高靈敏度溫度計(jì)等采 集到的數(shù)字化信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特征 在于：所述初始端彈性固定裝置（71)通過緊固螺桿（1)貫通弧形前倉(cāng)（2)將初始端彈性 固定裝置固定于初始固定端放置臺(tái)（46)上，光纖通過弧形前倉(cāng)（2)中小口徑光纖連通通道 (6)與高彈性內(nèi)環(huán)壁（5)中的微小口徑光纖聯(lián)通通道（7)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)連通螺桿（4)上的調(diào)節(jié) 螺栓（8 )對(duì)高彈性內(nèi)環(huán)壁（5 )施加軸向的壓力，通過圓L型外環(huán)壁（3 )對(duì)高彈性內(nèi)環(huán)壁（5 ) 施加橫向壓力，通過高彈性內(nèi)環(huán)壁（5 )將環(huán)向約束傳遞到微小口徑光纖聯(lián)通通道（7 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特征在 于：光纖多自由度固定系統(tǒng)（70)還包括中間滑輪連動(dòng)裝置一（72)和中間滑輪連動(dòng)裝置二 (73) ，后操作臺(tái)（20)中間上部與中間偏下部分別設(shè)置有前后貫通的放置槽、用于放置中間 滑輪連動(dòng)裝置一（72)和中間滑輪連動(dòng)裝置二（73);中間滑輪連動(dòng)裝置一（72)中通過操縱 與刻度圓盤（9)連接的角度調(diào)節(jié)圓柄（10)進(jìn)而帶動(dòng)控制轉(zhuǎn)動(dòng)連桿（18);以固定支點(diǎn)圓盤 (11) 為固定支點(diǎn)，水平連接滑輪（14)將從初始端彈性固定裝置（71)中引出光纖且水平地 過渡到中間滑輪連動(dòng)裝置一（72)中；上述裝置被封裝在弧形操作室（13)中，且被緊固螺桿 (12) 固定于后操作臺(tái)（20)內(nèi)；通過放置于后操作臺(tái)（20)上的中間槽內(nèi)連接滑輪（16)，將 中間滑輪連動(dòng)裝置一（72)中引出的待測(cè)光纖（80)引至堅(jiān)向小口徑光纖聯(lián)通通道（17)內(nèi)、 并且連接到中間滑輪連動(dòng)裝置二（73)上；中間滑輪連動(dòng)裝置二（73)包括大直徑過渡滑輪 (18)以及小直徑過渡滑輪（19)，大直徑過渡滑輪（18)以及小直徑過渡滑輪（19)用于將待 測(cè)光纖（80)過渡到后續(xù)測(cè)試段。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特征 在于：光纖多自由度固定系統(tǒng)（70)還包括末端非剛性固定裝置（74);末端非剛性固定裝置 (74) 中通過轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓環(huán)帽（21)控制旋轉(zhuǎn)圓環(huán)（22)進(jìn)出；旋轉(zhuǎn)圓環(huán)（22)內(nèi)壁內(nèi)設(shè)有螺件， 待測(cè)光纖（80)通過外壁設(shè)有螺紋的光纖聯(lián)通通道（25)，光纖聯(lián)通通道（25)靠近光纖一側(cè) 設(shè)有彈性材料內(nèi)壁（47)、且與待測(cè)光纖（80)接觸并將環(huán)向荷載傳遞到待測(cè)光纖（80)中，彈 性材料圓壁（24)受到旋轉(zhuǎn)圓環(huán)（22 )的水平向壓力，外緣厚壁圓桶（23 )將環(huán)向約束施加到 彈性材料圓壁（24)上，環(huán)向荷載傳遞到光纖聯(lián)通通道（25)中的彈性材料內(nèi)壁（47)中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特征在 于：連接滑輪（16)可更換為內(nèi)置彈簧的特制滑輪，螺紋桿柄（26)與螺紋桿（27)相連，螺紋 桿（27)的一端深入后操作臺(tái)（20)，弧形槽（29)分別開槽于上長(zhǎng)條形鋼塊（28)和下長(zhǎng)條形 鋼塊（31)-端，在其對(duì)應(yīng)的另一端分別開槽，高彈性彈簧（30)對(duì)相向的弧形槽（29)施加堅(jiān) 向荷載、環(huán)向約束待測(cè)光纖（80)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特征在 于：還包括對(duì)于人工加卸載裝置（81)與油壓控制加卸載裝置；人工加卸載裝置（81)上的螺 紋圓盤（35)以及固定圓盤（34)將人工控制手柄（33)與前操作平臺(tái)（37)連接固定，帶刻度 水平橫梁（38)貫穿移動(dòng)平臺(tái)（36)，帶刻度水平橫梁（38)上標(biāo)注有刻度，移動(dòng)平臺(tái)（36)與前 操作平臺(tái)（37)之間有雙向力傳感器（39)，人工控制手柄（33)與轉(zhuǎn)動(dòng)水平螺紋橫梁（32)連 接，人工控制手柄（33)兩端分別有轉(zhuǎn)動(dòng)手柄和微調(diào)控制手柄，移動(dòng)平臺(tái)（36)受到水平螺紋 橫梁（32)的水平轉(zhuǎn)動(dòng)力，將水平荷載傳遞到初始端彈性固定裝置（71)上；油壓控制加卸載 裝置上的伸縮圓柱（40)與油壓加卸載控制手柄（93)相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特征在 于：還包括固定用圓座（92)，固定用圓套管（42)將固定用圓座（92)連接到底端水平固定 橫柱（44)，并且通過連接鋼板（41)將固定用堅(jiān)圓座（43 )連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特征在 于：待測(cè)光纖（80)從頂端一直沿著測(cè)試裝置延伸到測(cè)試平臺(tái)下端與光纖布里淵頻移獲取 系統(tǒng)（50)相連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特征 在于：通過光纖加卸載系統(tǒng)對(duì)光纖施加動(dòng)靜態(tài)荷載，配套的分布式光纖布里淵頻移獲取系 統(tǒng)（50)和數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)（60)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集以及分析光纖信息，完成光纖不同曲率下 的性能測(cè)試以及對(duì)其極限拉伸荷載及綜合彈性模量等參數(shù)實(shí)現(xiàn)直接或間接監(jiān)測(cè)。
10. 利用上述權(quán)利要求所述的分布式傳感光纖多目標(biāo)多自由度靜動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置，其特 征在于，測(cè)試方法步驟如下： 待測(cè)光纖（80)與初始端彈性固定裝置（71)連接，經(jīng)過中間滑輪連動(dòng)裝置一（72)以及 中間滑輪連動(dòng)裝置二（73)，后經(jīng)末端非剛性固定裝置（74)被水平引出到光纖布里淵頻移 獲取系統(tǒng)（50); 步驟1 :裝配各部件并進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康挠绕溲b配特制滑輪裝置（16)以及 調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)角度調(diào)節(jié)圓柄（10)規(guī)定試驗(yàn)曲率，布設(shè)待測(cè)光纖（80); 步驟2 :記錄初始時(shí)間、溫度以及待測(cè)光纖初始標(biāo)距，確定加載類型和動(dòng)靜態(tài)監(jiān)測(cè)方 式，通過雙向力傳感器39所監(jiān)測(cè)的結(jié)果來(lái)控制加載級(jí)數(shù)，后對(duì)試件進(jìn)行受力試驗(yàn)； 步驟3 :基于試驗(yàn)?zāi)康模O(jiān)測(cè)、采集各個(gè)部位的長(zhǎng)度、角度和荷載等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)； 步驟4 :基于待測(cè)光纖（80)的上述力學(xué)試驗(yàn)，利用采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)時(shí)靜動(dòng)態(tài) 分析。
【文檔編號(hào)】G01M11/00GK104142224SQ201410351312
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】蘇懷智, 楊孟 申請(qǐng)人:河海大學(xué)