一種光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置及其安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)福射熱環(huán)境下的光纖布拉格光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置及其安裝方法，屬于高溫應(yīng)變測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)熱強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)是為解決飛行器超聲速飛行時(shí)的氣動(dòng)熱問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的一種地面模擬試驗(yàn)技術(shù)。伴隨著飛行器飛行速度的快速提升，飛行器經(jīng)受的氣動(dòng)熱環(huán)境愈發(fā)嚴(yán)酷，迎風(fēng)面、舵等結(jié)構(gòu)的溫度能夠達(dá)到上千度。在如此高溫下，結(jié)構(gòu)的高溫應(yīng)變測(cè)試裝置已成為制約結(jié)構(gòu)熱強(qiáng)度試驗(yàn)的主要因素。
[0003]已有的高溫應(yīng)變測(cè)量技術(shù)可分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式的高溫應(yīng)變測(cè)量方法有高溫電阻式應(yīng)變片和光纖應(yīng)變測(cè)試裝置等。非接觸式高溫應(yīng)變測(cè)量方法有基于數(shù)字圖像處理的方法、干涉應(yīng)變計(jì)法、激光散斑法，電子散斑干涉方法、云紋干涉法和數(shù)字圖像相關(guān)方法等。由于結(jié)構(gòu)熱強(qiáng)度試驗(yàn)中，采用石英燈輻射加熱的方法，石英燈的高溫輻射會(huì)對(duì)非接觸式光學(xué)應(yīng)變測(cè)量方法產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾，無(wú)法滿足高溫應(yīng)變測(cè)試需求。高溫電阻應(yīng)變片是當(dāng)前較為成熟的應(yīng)變測(cè)試方法，但是高溫應(yīng)變片價(jià)格昂貴，布線復(fù)雜，這極大的限制了高溫應(yīng)變片在結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)中的大量采用。
[0004]隨著光纖技術(shù)的成熟，由于光纖的體積小、質(zhì)量輕、耐高溫和抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì)，光纖高溫應(yīng)變傳感技術(shù)也得到了快速發(fā)展，以光纖琺珀高溫應(yīng)變測(cè)試裝置和布拉格光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置最為突出。光纖琺珀高溫應(yīng)變測(cè)試裝置耐溫性實(shí)現(xiàn)較為容易，但復(fù)用難度很大，每根光纖往往只能連接一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，加工成本也十分昂貴。布拉格光纖光柵測(cè)試裝置具有波長(zhǎng)調(diào)制、多路復(fù)用的特點(diǎn)，抗干擾能力更強(qiáng)，制作方便，成為高溫應(yīng)變測(cè)試的研究熱點(diǎn)。但是由于布拉格光柵在高溫下很容易退化擦除，因此目前布拉格光纖光柵的應(yīng)用溫度在600°C以下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高溫輻射加熱環(huán)境下結(jié)構(gòu)的光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置及其安裝方法，解決高溫環(huán)境下應(yīng)變的測(cè)量問(wèn)題。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置，包括應(yīng)變傳感光纖，在應(yīng)變傳感光纖具有布拉格光柵，其中:還包括:2個(gè)“8”字形石英管、溫度參考光纖；所述“8”字形石英管為將兩個(gè)石英管熔焊在一起而形成的具有雙孔通道的細(xì)管；溫度參考光纖與應(yīng)變傳感光纖相同；應(yīng)變傳感光纖和溫度參考光纖分別穿過(guò)2個(gè)“8”字形石英管，成平行狀；應(yīng)變傳感光纖分別與兩個(gè)“8”字形石英管利用固定材料固定在一起，溫度參考光纖只與一個(gè)“8”字形石英管固定在一起，另一端懸空。
[0007]如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置，其中:在應(yīng)變傳感光纖和溫度參考光纖的布拉格光柵部分鍍有金反射膜。
[0008]如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置，其中:所述固定材料為耐高溫膠或石英。
[0009]如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置，其中:還包括臨時(shí)基底，在不進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將2個(gè)“8”字形石英管粘接于臨時(shí)基底。
[0010]一種光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置安裝方法，安裝如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置，對(duì)于試驗(yàn)件進(jìn)行測(cè)試，其中，包含如下步驟:
[0011]步驟1、在試驗(yàn)件應(yīng)變待測(cè)位置，利用耐高溫膠涂覆或采用熱噴涂方法制作基層，基層位置與面積與兩個(gè)“8”字形石英管的安裝位置相匹配；
[0012]步驟2、采用夾持工具將兩個(gè)“8”字形石英管固定于對(duì)應(yīng)的基層上，然后使用與基層相同的材料與制作工藝制作安裝層，使所述測(cè)試裝置與試驗(yàn)件固定在一起，完成測(cè)試裝置的安裝。
[0013]如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置安裝方法，其中:
[0014]在步驟I中，首先在試驗(yàn)件上涂覆或噴涂一層過(guò)渡層，過(guò)渡層熱膨脹系數(shù)介于試驗(yàn)件與“8”字形石英管之間，然后，在過(guò)渡層上制作基層。
[0015]如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置安裝方法，其中:在步驟2中，隨著試驗(yàn)件表面溫度的升高，應(yīng)變傳感光纖與溫度參考光纖與試驗(yàn)件表面的距離隨之增加。
[0016]本發(fā)明的效果在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種專用于結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)輻射加熱環(huán)境下的光纖光柵高溫應(yīng)變測(cè)試裝置及其安裝方法，解決光纖光柵高溫退化問(wèn)題，可應(yīng)用于近千度的熱試驗(yàn)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的高溫應(yīng)變測(cè)量。具體具有如下優(yōu)勢(shì)。
[0017]I)針對(duì)結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)中福射加熱特殊環(huán)境,將布拉格光柵光纖表面鍍高反射率金膜，通過(guò)反射福射減少福射加熱器對(duì)光柵光纖的福射加熱；
[0018]2)“8”字形石英管使應(yīng)變、溫度感應(yīng)光柵處于懸空狀態(tài)，減少了高溫試驗(yàn)件對(duì)光纖光柵的導(dǎo)熱，使光纖光柵處于相對(duì)試驗(yàn)件較低的溫度環(huán)境中；
[0019]3)采用雙光柵光纖方式，結(jié)合“8”字形石英管，保證了應(yīng)變傳感光柵和參考光柵具有相近的位置，相近的溫度，參考光柵能較好的實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償；
[0020]4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)變測(cè)量精度高，容易批量生產(chǎn)，通過(guò)波分復(fù)用技術(shù)，可以在一根光纖上復(fù)用多個(gè)應(yīng)變測(cè)試裝置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量。
[0021]本發(fā)明針對(duì)結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)高溫輻射環(huán)境特點(diǎn)，利用鍍反射膜、光柵懸空等方式規(guī)避了高溫對(duì)光纖光柵的擦除作用。針對(duì)光纖光柵對(duì)應(yīng)變、溫度雙敏感的問(wèn)題，利用雙光纖光柵和“8”字形石英管，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變測(cè)量的溫度補(bǔ)償?？蓱?yīng)用于航空航天領(lǐng)域結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)中，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面的高溫應(yīng)變測(cè)試，為材料結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)證考核提供有效的應(yīng)變數(shù)據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明示意圖。
[0023]圖2本發(fā)明的使用實(shí)施例示意圖。
[0024]圖3本發(fā)明的使用實(shí)施例截面圖。
[0025]圖中，1-臨時(shí)基底；2_“8”字形石英管；3_應(yīng)變傳感光纖；4_溫度參考光纖；5-布拉格光柵；6-固定材料；7_金反射膜；8_基層；9_安裝層；10_試驗(yàn)件。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0027]本發(fā)明是一種基于光纖布拉格光柵(FBG)的高溫應(yīng)變測(cè)試裝置，測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括臨時(shí)基底1，固定于臨時(shí)基底I上的兩個(gè)“8”字形石英管2，穿過(guò)兩個(gè)“8”字形石英管的應(yīng)變傳感光纖3和溫度參考光纖4 ;在兩光纖上制作布拉格光柵5,應(yīng)變傳感光纖3和溫度參考光纖4統(tǒng)稱為光柵光纖3、4。其中，