一種表貼式光纖光柵應變傳感器的標定方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖光柵測量技術領域，具體涉及一種表貼式光纖光柵應變傳感器的標定方法。
【背景技術】
[0002]隨著光纖光柵傳感技術的發(fā)展，光纖光柵傳感器以其許多獨特的優(yōu)勢，如體積小、重量輕、抗電磁干擾，同時易于大規(guī)模組網(wǎng)實現(xiàn)實時分布式測量等，逐漸取代傳統(tǒng)的電類傳感器，在結構健康監(jiān)測中得到廣泛應用。目前光纖光柵已經(jīng)成功的應用在航空航天、海洋平臺、土木橋梁、大跨度空間結構等領域。在實際應用過程中，表貼式光纖光柵應變傳感器對應變的靈敏度會由于粘貼基底材料及粘貼劑不同引起應變傳遞率不同而變化，進而會導致光纖光應變柵測量值偏離待測件應變真實值。
[0003]目前，表貼式光纖光柵應變傳感器的標定方法沒有考慮應變實際測量過程中粘貼基底材料及粘貼劑對光纖光柵應變傳感器應變靈敏度的影響，導致實際應變測量結果出現(xiàn)偏差。而光纖光柵應變傳感器應變靈敏度系數(shù)的可靠性，決定著光纖光柵應變測量結果的準確性。因此，光纖光柵應變傳感器應變靈敏度系數(shù)的標定對實際應用中的應變測量是非常重要的。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的就是要提出一種適合工程應用且可靠的表貼式光纖光柵應變靈敏度系數(shù)的標定方法。
[0005]本發(fā)明技術方案:一種表貼式光纖光柵應變傳感器的標定方法，其包括如下步驟:
[0006]步驟一:選擇一個與待測件材料相同的標準件；
[0007]步驟二:在標準件上表面中央位置處進行表面處理，去除表面油脂及雜質后水平方向粘貼光纖光柵應變傳感器，并布設一個光纖光柵溫度傳感器在其旁邊，光纖光柵溫度傳感器處于懸空不受力狀態(tài)，光纖光柵溫度傳感器兩端用3M膠帶固定；
[0008]步驟三:將粘貼好傳感器的標準件靜置48小時后，放在恒溫槽的槽內，標準件處于無約束狀態(tài)；
[0009]步驟四:將光纖光柵傳感器與光纖光柵解調儀相連，監(jiān)測光纖光柵傳感器的波長變化；
[0010]步驟五:調節(jié)恒溫槽的溫度，恒溫保持一段時間后調節(jié)恒溫槽溫度，根據(jù)待測件實驗環(huán)境溫度范圍完成一次升降溫循環(huán)；
[0011]步驟六:利用有限元分析方法得出溫度變化引起的標準件熱脹冷縮表面產(chǎn)生的應變；
[0012]步驟七:光纖光柵傳感器波長的變化由應變和溫度兩個因素共同影響，由光纖光柵傳感原理可知，Δ λ =Δ λ ε + Δ λτ=ΚΕ*ε +Κτ*Τ，其中，Δ λ為光纖光柵傳感器中心波長的變化，Λ λ ￡為應變引起的光纖光柵傳感器波長的變化，Λ λ τ為溫度引起的光纖光柵傳感器中心波長的變化，KeS光纖光柵應變靈敏度系數(shù)，ε表示光纖光柵傳感器測量點處應變大小，Kt為光纖光柵溫度傳感器溫度靈敏度系數(shù)，T表示光纖光柵傳感器測量點處溫度變化，所述的光纖光柵應變傳感器受應變和溫度的共同作用，而光纖光柵溫度傳感器處于懸空不受力狀態(tài)，只受溫度變化影響，通過光纖光柵溫度傳感器可以去除溫度變化對光纖光柵應變傳感器的影響，獲得應變對光纖光柵應變傳感器的影響，應變靈敏度系數(shù)Ke 通過以下公式即可求出；Κ Ε = [I Δ λ Ε「Λ λ τι I /1 ε 11 + Δ λ ε2- Δ λ Τ21 / ε 21 +...+ I Δ λεη-Λ λΤη|/| ε J]/η
[0013]其中，η為設定的溫度變化工況數(shù)，Λ λ “表示第一個工況下光纖光柵應變傳感器波長變化，Λ λ T1表示第一個工況下光纖光柵溫度傳感器波長變化，ε 1表示第一個工況下通過有限元分析標準件由于熱脹冷縮表面產(chǎn)生的應變大小，其他以此類推，通過對各個工況過程求得光纖光柵應變靈敏度系數(shù)累加求均值來確定最終的光纖光柵應變靈敏度系數(shù)。
[0014]進一步的，光纖光柵應變傳感器粘貼在與待測件相同材料的標準件上，表面處理后沿水平方向粘貼，光纖光柵溫度傳感器布置在光纖光柵應變傳感器附近。
[0015]進一步的，標準件表面的應力由溫度變化引起材料自身熱脹冷縮產(chǎn)生。
[0016]進一步的，由于溫度變化標準件自身熱脹冷縮產(chǎn)生的應力由有限元分析得出。
[0017]本發(fā)明的標定方法的優(yōu)點是:
[0018](I)、本發(fā)明采用了和待測件相同材料的標準件，光纖光柵應變傳感器標定過程中傳感器的粘貼效果模擬了實際應用過程的效果，即標準件表面產(chǎn)生的應變傳遞到光纖光柵應變傳感器的傳遞率和實際應用場合類似，實際應用過程中光纖光柵應變測量受待測件材料和粘貼劑不同引起應變傳遞率不同影響比較小。
[0019](2)、本發(fā)明光纖光柵沿著標準件水平方向粘貼，恒溫槽內溫度穩(wěn)定，標定過程受溫度波動干擾比較小，標準件熱脹冷縮產(chǎn)生的表面應力均勻，對于光纖光柵應變傳感器的應變靈敏度系數(shù)求取多次均值，減小了實驗誤差。標定過程操作簡單，貼近于實際應用，為光纖光柵傳感器在實際應用中的應變測量的準確性提供了保障。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明表貼式光纖光柵應變傳感器標定方法的系統(tǒng)結構示意圖；其中，1-計算機，2-光纖光柵解調儀，3-恒溫槽、4-標準件、5-光纖光柵溫度傳感器、6-光纖光柵應變傳感器。
[0021 ] 圖2為光纖光柵應變傳感器和光纖光柵溫度傳感器粘貼方法示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，以便更好地理解本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明表貼式光纖光柵應變傳感器標定方法利用有限元分析材料熱脹冷縮產(chǎn)生的應變大小來實現(xiàn)光纖光柵應變傳感器靈敏度系數(shù)的標定。如圖1所示，本發(fā)明光纖光柵應變傳感器的標定方法的標定系統(tǒng)，包括計算機1、光纖光柵解調儀2、恒溫槽3、標準件4、光纖光柵溫度傳感器5、光纖光柵應變傳感器6。如圖2所示，光纖光柵應變傳感器沿水平方向粘貼在標準件，光纖光柵溫度傳感器布設在光纖光柵應變傳感器附近，處于懸空不受力狀態(tài)，光柵兩端用3M膠帶固定。標準件的材料保證與實際應用中待測件材料相同，尺寸可以根據(jù)恒溫槽的大小來確定。根據(jù)待測件實際的工作環(huán)境確定恒溫槽的溫度范圍，恒溫保持一段時間后調節(jié)溫度，通過溫度變化引起材料的熱脹冷縮來改變標準件表面的應力大小，光纖光柵解調儀記錄整個過程光纖光柵傳感器的波長變化。光纖光柵應變傳感器水平粘貼在標準件表面，利用有限元分析法來獲得溫度變化標準件表面產(chǎn)生的應變。通過光纖光柵傳感原理，可計算出光纖光柵應變傳感器的應變靈敏度系數(shù)。
[0024]本發(fā)明的表貼式光纖光柵應變傳感器標定方法具體步驟如下:
[0025]步驟一:選擇一個與待測件材料相同的標準件；
[0026]步驟二:在標準件上表面中央位置處進行表面處理，去除表面油脂及雜質后水平方向粘貼光纖光柵應變傳感器，并布設一個光纖光柵