高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】一種高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括高溫夾具組件、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件、粘結(jié)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上高溫夾具組件夾持試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件與粘結(jié)平臺(tái)在同一水平面上。本發(fā)明能為高溫光纖傳感器提供貼近真實(shí)工況的高溫?zé)岘h(huán)境，同時(shí)建立了熱環(huán)境溫度的測(cè)量方法和控制方法，本發(fā)明還能分別對(duì)試驗(yàn)件平行和垂直于光纖傳感器的方向施加約束力。
【專利說(shuō)明】高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置技術(shù)背景:
[0001]飛行器的工作環(huán)境往往是極端惡劣的，所以要求飛行器的外部結(jié)構(gòu)材料必須擁有優(yōu)異的防熱承力性能，超高溫陶瓷、高溫合金等耐高溫材料因其在高溫環(huán)境下的優(yōu)越性能在航天航空領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，但在高溫條件下其材料的結(jié)構(gòu)溫度響應(yīng)測(cè)試手段卻相對(duì)有限。高溫光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、尺寸小、耐腐蝕性好、復(fù)用能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。
[0002]高溫光纖傳感器存在很多優(yōu)點(diǎn)不容置疑，但也存在著退火段脆弱封裝困難等缺點(diǎn)，在高溫光纖傳感器應(yīng)用航天領(lǐng)域之前，我們必須進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)去探索高溫光纖的特性和模擬真實(shí)工況下的測(cè)試方法。為了客觀真實(shí)的評(píng)價(jià)典型熱防護(hù)材料的熱力耦合性能，因此發(fā)明了高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0003]本發(fā)明針對(duì)高溫光纖傳感器，發(fā)明了一種高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置。
[0004]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果:
[0005]本發(fā)明能為高溫光纖傳感器提供貼近真實(shí)工況的高溫?zé)岘h(huán)境，同時(shí)建立了熱環(huán)境溫度的測(cè)量方法和控制方法，本發(fā)明還能分別對(duì)試驗(yàn)件平行和垂直于光纖傳感器的方向施加約束力，同時(shí)建立了邊界壓力值的測(cè)量方法和控制方法。已知的溫度數(shù)據(jù)和已知的邊界約束力數(shù)據(jù)不但能為數(shù)值仿真提供準(zhǔn)確的邊界條件，還能為模擬真實(shí)工況下的高溫光纖傳感器響應(yīng)測(cè)試提供客觀依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明所述一種高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括高溫夾具組件、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件、粘結(jié)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上高溫夾具組件夾持試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件與粘結(jié)平臺(tái)在同一水平面上，
[0007]所述高溫夾具組件由U型槽101、絲桿102、隔熱材料103、隔熱材料106和可移動(dòng)結(jié)構(gòu)105得到，U型槽101 —端有絲桿102穿過(guò)，絲桿102與可移動(dòng)結(jié)構(gòu)105連接在一起為一體結(jié)構(gòu)，可移動(dòng)結(jié)構(gòu)105與U型槽101另一端組成緊固結(jié)構(gòu)；緊固結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)壁垂直絲桿方向設(shè)有兩塊隔熱材料103，緊固結(jié)構(gòu)下側(cè)平行于絲桿方向設(shè)有隔熱材料106 ;兩塊隔熱材料103組成了高溫夾具;U型槽101另一端上部開(kāi)有壓力傳感器通孔104 ;隔熱材料106中心位置開(kāi)有高能量激光束射入孔107 ；
[0008]所述試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件由高溫光纖傳感器201、試驗(yàn)件202和熱電偶測(cè)溫裝置接入結(jié)構(gòu)203組成，試驗(yàn)件202上放置高溫光纖傳感器201，高溫粘結(jié)劑204將高溫光纖傳感器201粘結(jié)于試驗(yàn)件202上，高溫光纖傳感器201兩側(cè)設(shè)有熱電偶測(cè)溫裝置接入結(jié)構(gòu)203 ；
[0009]所述粘結(jié)平臺(tái)放置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上且分別置于高溫夾具組件兩側(cè)，試驗(yàn)件202與粘結(jié)平臺(tái)301保持在同一水平面上；
[0010]所述實(shí)驗(yàn)臺(tái)由臺(tái)面和支撐結(jié)構(gòu)組成，實(shí)驗(yàn)臺(tái)中心位置設(shè)有激光射入孔402，激光射入孔402與高能量激光束射入孔107直徑相等，實(shí)驗(yàn)臺(tái)401下部支撐結(jié)構(gòu)固定有H型激光加熱器支架404，激光加熱器支架404中心位置開(kāi)有與激光射入孔402垂直的激光加熱器裝配孔403，用于固定激光加熱器，從而使高能量激光束射入孔107、激光射入孔402和激光加熱器裝配孔403在同一條直線上。
[0011]所述U型槽101是鋼制結(jié)構(gòu)加工出來(lái)的凹槽。
[0012]所述隔熱材料為剛玉。
[0013]所述試驗(yàn)件202為熱防護(hù)材料。
[0014]所述熱防護(hù)材料為碳/碳復(fù)合材料，陶瓷復(fù)合材料。
[0015]高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括如下步驟:第一步，將高溫光纖傳感器(201)接入光纖信號(hào)解調(diào)儀，熱電偶接入數(shù)據(jù)采集器，啟動(dòng)高能量激光加熱器通過(guò)激光束射入孔(107)照射試驗(yàn)件(202)底部。第二步，通過(guò)光纖信號(hào)解調(diào)儀采集應(yīng)變與溫度耦合作用產(chǎn)生的波長(zhǎng)信號(hào)，通過(guò)熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集試驗(yàn)件(202)表面的溫度。第三步，通過(guò)數(shù)據(jù)解耦方法進(jìn)行應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)及溫度響應(yīng)數(shù)據(jù)解耦，同時(shí)獲得試驗(yàn)件(202)熱力耦合條件下的實(shí)時(shí)溫度與應(yīng)變。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
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[0016]圖1是本發(fā)明中試驗(yàn)件高溫夾具的示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明中試驗(yàn)件與高溫光纖傳感器粘接示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明中高溫夾具與試驗(yàn)件組裝示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明中壓力傳感器示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明中高溫夾具與壓力傳感器組裝示意圖；
[0021]圖6是本發(fā)明中光纖傳感器粘結(jié)平臺(tái)的示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明中高溫夾具、試驗(yàn)件與粘結(jié)平臺(tái)組裝的示意圖；
[0023]圖8是本發(fā)明中高溫光纖傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖；
[0024]圖9是本發(fā)明中試驗(yàn)件夾持裝置與實(shí)驗(yàn)臺(tái)組裝示意圖；
[0025]圖10是本發(fā)明中激光加熱器示意圖；
[0026]圖11是高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置整體示意圖；

【具體實(shí)施方式】
:
[0027]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式是這樣的，通過(guò)可調(diào)節(jié)的夾持裝置和壓力傳感器靈活的結(jié)合，能分別在試驗(yàn)件的兩個(gè)方向施加已知大小的壓力，并通過(guò)高能量激光設(shè)備為試驗(yàn)件提供熱環(huán)境，通過(guò)在試驗(yàn)件表面粘結(jié)熱電偶來(lái)監(jiān)測(cè)表面的溫度響應(yīng)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置為試驗(yàn)件提供了已知的熱力耦合場(chǎng)，為高溫光纖傳感器提供了典型熱力耦合的測(cè)量環(huán)境。
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做具體的描述:
[0029]圖1給出了試驗(yàn)件高溫夾具的示意圖，U型槽101是鋼制結(jié)構(gòu)加工出來(lái)的凹槽，U型槽一端有絲桿102穿過(guò)，絲桿102與可移動(dòng)結(jié)構(gòu)105連接在一起為一體結(jié)構(gòu)，可移動(dòng)結(jié)構(gòu)105與U型槽101另一端組成緊固結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)試驗(yàn)件的不同尺寸，通過(guò)調(diào)節(jié)絲桿102進(jìn)行夾持的調(diào)節(jié)。緊固結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)壁垂直絲桿方向設(shè)有兩塊隔熱材料103，緊固結(jié)構(gòu)下側(cè)平行于絲桿方向設(shè)有隔熱材料106，隔熱材料可以是剛玉，防止高溫試驗(yàn)件損毀夾具和實(shí)驗(yàn)臺(tái)。兩塊隔熱材料103組成了高溫夾具。U型槽101另一端上部開(kāi)有壓力傳感器通孔104，其用于壓力傳感器的連接裝配孔。隔熱材料106中心位置開(kāi)有高能量激光束射入孔107，用于對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行高溫加熱。操作時(shí)，通過(guò)絲桿102的平移來(lái)調(diào)整緊固結(jié)構(gòu)的尺寸。
[0030]圖2給出了試驗(yàn)件與高溫光纖傳感器粘接示意圖，試驗(yàn)件202上放置高溫光纖傳感器201，高溫粘結(jié)劑204將高溫光纖傳感器201粘結(jié)于試驗(yàn)件202上，高溫光纖傳感器201兩側(cè)設(shè)有熱電偶測(cè)溫裝置接入結(jié)構(gòu)203。試驗(yàn)件202為熱防護(hù)材料制成的。
[0031]圖3給出了高溫夾具與試驗(yàn)件組裝示意圖，試驗(yàn)件202與高溫光纖傳感器201通過(guò)高溫粘結(jié)劑粘結(jié)，高溫夾具與粘結(jié)后的試驗(yàn)件202組裝在一起，試驗(yàn)件202和高溫夾具有兩種組裝方式，一種是高溫夾具的夾持方向與高溫光纖傳感器201方向垂直，另一種是高溫夾具的夾持方向與高溫光纖傳感器201方向平行，圖3中顯示了高溫夾具的夾持方向與高溫光纖傳感器201方向垂直。這兩種夾持方向，為試驗(yàn)件提供了兩種不同的約束力方向。
[0032]圖4給出了壓力傳感器示意圖，高溫夾具對(duì)試驗(yàn)件兩個(gè)方向的夾持，都可以通過(guò)壓力傳感器601準(zhǔn)確的測(cè)量出試驗(yàn)件夾持端的約束力。
[0033]圖5給出了高溫夾具與壓力傳感器組裝示意圖，通過(guò)高溫夾具上壓力傳感器通孔104與壓力傳感器601裝配在一起，這樣就能為熱力耦合實(shí)驗(yàn)提供已知可調(diào)節(jié)的約束力。
[0034]圖6給出了光纖傳感器粘結(jié)平臺(tái)的示意圖，因?yàn)楦邷毓饫w傳感器抗剪能力差，為了防止高溫光纖因?yàn)閺澱郯l(fā)生破壞，制作了兩個(gè)高度相同的粘結(jié)平臺(tái)301，粘結(jié)平臺(tái)301分別置于高溫夾具組件兩側(cè)。
[0035]圖7給出了高溫夾具、試驗(yàn)件與粘結(jié)平臺(tái)組裝的示意圖，基于對(duì)光纖傳感器抗剪能力的考慮，基本保證試驗(yàn)件202與粘結(jié)平臺(tái)301保持在同一水平面上。
[0036]圖8給出了高溫光纖傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖，為了給高能量激光束創(chuàng)造出足夠的操作空間，有利于激光加熱器的固定和夾持，所以制作了實(shí)驗(yàn)臺(tái)401，實(shí)驗(yàn)臺(tái)由臺(tái)面和支撐結(jié)構(gòu)組成，實(shí)驗(yàn)臺(tái)中心位置設(shè)有激光射入孔402，激光射入孔402與高能量激光束射入孔107直徑相等，實(shí)驗(yàn)臺(tái)401下部支撐結(jié)構(gòu)固定有H型激光加熱器支架404，激光加熱器支架404中心位置開(kāi)有與激光射入孔402垂直的激光加熱器裝配孔403，用于固定激光加熱器，從而使高能量激光束射入孔107、激光射入孔402和激光加熱器裝配孔403在同一條直線上。
[0037]圖9給出了試驗(yàn)件夾持裝置與實(shí)驗(yàn)臺(tái)組裝示意圖，高溫夾具、試驗(yàn)件202、高溫光纖傳感器204和粘結(jié)平臺(tái)301組成了試驗(yàn)件的夾持裝置，為了保證熱力耦合實(shí)驗(yàn)具有穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，所以將試驗(yàn)件的夾持裝置固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。
[0038]圖10給出了激光加熱器示意圖，501結(jié)構(gòu)是激光加熱器的鏡頭，502結(jié)構(gòu)是加熱器的保護(hù)結(jié)構(gòu)，503結(jié)構(gòu)是激光的傳輸電纜。激光加熱器能為高溫光纖傳感器的測(cè)量實(shí)驗(yàn)提供2000攝氏度以下的環(huán)境溫度。
[0039]圖11給出了高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置整體示意圖，能更直觀的了解實(shí)驗(yàn)裝置的作用原理和外部形貌。
[0040]該裝置的測(cè)試方法為:高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括如下步驟:第一步，將高溫光纖傳感器(201)接入光纖信號(hào)解調(diào)儀，熱電偶接入數(shù)據(jù)采集器，啟動(dòng)高能量激光加熱器通過(guò)激光束射入孔(107)照射試驗(yàn)件(202)底部。第二步，通過(guò)光纖信號(hào)解調(diào)儀采集應(yīng)變與溫度耦合作用產(chǎn)生的波長(zhǎng)信號(hào)，通過(guò)熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集試驗(yàn)件(202)表面的溫度。第三步，通過(guò)數(shù)據(jù)解耦方法進(jìn)行應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)及溫度響應(yīng)數(shù)據(jù)解耦，同時(shí)獲得試驗(yàn)件(202)熱力耦合條件下的實(shí)時(shí)溫度與應(yīng)變。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括高溫夾具組件、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件、粘結(jié)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上高溫夾具組件夾持試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件與粘結(jié)平臺(tái)在同一水平面上， 所述高溫夾具組件由U型槽(101)、絲桿(102)、隔熱材料(103)、隔熱材料(106)和可移動(dòng)結(jié)構(gòu)(105)得到，U型槽(101) —端有絲桿(102)穿過(guò)，絲桿(102)與可移動(dòng)結(jié)構(gòu)(105)連接在一起為一體結(jié)構(gòu)，可移動(dòng)結(jié)構(gòu)(105)與U型槽(101)另一端組成緊固結(jié)構(gòu)；緊固結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)壁垂直絲桿方向設(shè)有兩塊隔熱材料(103)，緊固結(jié)構(gòu)下側(cè)平行于絲桿方向設(shè)有隔熱材料(106);兩塊隔熱材料(103)組成了高溫夾具；U型槽(101)另一端上部開(kāi)有壓力傳感器通孔(104);隔熱材料(106)中心位置開(kāi)有高能量激光束射入孔(107)； 所述試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件由高溫光纖傳感器(201)、試驗(yàn)件(202)和熱電偶測(cè)溫裝置接入結(jié)構(gòu)(203)組成，試驗(yàn)件(202)上放置高溫光纖傳感器(201)，高溫粘結(jié)劑(204)將高溫光纖傳感器(201)粘結(jié)于試驗(yàn)件(202)上，高溫光纖傳感器(201)兩側(cè)設(shè)有熱電偶測(cè)溫裝置接入結(jié)構(gòu)(203)； 所述粘結(jié)平臺(tái)放置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上且分別置于高溫夾具組件兩側(cè)，試驗(yàn)件(202)與粘結(jié)平臺(tái)(301)保持在同一水平面上； 所述實(shí)驗(yàn)臺(tái)由臺(tái)面和支撐結(jié)構(gòu)組成，實(shí)驗(yàn)臺(tái)中心位置設(shè)有激光射入孔(402)，激光射入孔(402)與高能量激光束射入孔(107)直徑相等，實(shí)驗(yàn)臺(tái)(401)下部支撐結(jié)構(gòu)固定有H型激光加熱器支架(404)，激光加熱器支架(404)中心位置開(kāi)有與激光射入孔(402)垂直的激光加熱器裝配孔(403)，用于固定激光加熱器，從而使高能量激光束射入孔(107)、激光射入孔(402)和激光加熱器裝配孔(403)在同一條直線上。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述U型槽(101)是鋼制結(jié)構(gòu)加工出來(lái)的凹槽。
3.如權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述隔熱材料為剛玉。
4.如權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述試驗(yàn)件(202)為熱防護(hù)材料。
5.如權(quán)利要求4所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述熱防護(hù)材料為碳/碳復(fù)合材料，陶瓷復(fù)合材料。
6.如權(quán)利要求1所述的高溫光纖傳感器熱力耦合實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于:包括如下步驟: 第一步，將高溫光纖傳感器(201)接入光纖信號(hào)解調(diào)儀，熱電偶接入數(shù)據(jù)采集器，啟動(dòng)高能量激光加熱器通過(guò)激光束射入孔(107)照射試驗(yàn)件(202)底部。 第二步，通過(guò)光纖信號(hào)解調(diào)儀采集應(yīng)變與溫度耦合作用產(chǎn)生的波長(zhǎng)信號(hào)，通過(guò)熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集試驗(yàn)件(202)表面的溫度。 第三步，通過(guò)數(shù)據(jù)解耦方法進(jìn)行應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)及溫度響應(yīng)數(shù)據(jù)解耦，同時(shí)獲得試驗(yàn)件(202)熱力耦合條件下的實(shí)時(shí)溫度與應(yīng)變。
【文檔編號(hào)】G01D18/00GK104406616SQ201410680751
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】解維華, 王利彬, 彭燾, 孟松鶴, 金華, 易法軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)