一種光纖傳感系統(tǒng)溫度補償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，特別設(shè)及一種光纖傳感系統(tǒng)溫度補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行器、航天器的不斷發(fā)展，大型化、復(fù)雜化、功能化逐漸成為了現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)發(fā) 展的必然趨勢，運使得結(jié)構(gòu)自身的服役環(huán)境不斷復(fù)雜，結(jié)構(gòu)自身的損傷形式不斷多樣，由于 沖擊、振動、極端環(huán)境等因素引起的結(jié)構(gòu)損傷問題也不斷凸顯。對于工程結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)內(nèi)部 裂紋、復(fù)合材料內(nèi)部斷裂、金屬結(jié)構(gòu)誘蝕等主要損傷類型具有其損傷存在的隱蔽性較強、損 傷引起的結(jié)構(gòu)失效機理較復(fù)雜、損傷導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞程度難W判斷等特點。運些特點使得 結(jié)構(gòu)在服役過程中的可靠性大幅降低，如在此情況下還不對其采取相應(yīng)的補救措施，將會 在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成損傷累積現(xiàn)象，進而促使整體或局部結(jié)構(gòu)發(fā)生突然失效，導(dǎo)致巨大的財產(chǎn) 損失W及人員傷亡。
[0003] 因此研究智能化結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)對確保大型飛行器結(jié)構(gòu)能夠長期、高可靠性服 役具有重要意義。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（struc化ral化althMonitoring,SHM)就是通過對結(jié)構(gòu) 進行無損檢測，實時監(jiān)控結(jié)構(gòu)的整體行為，對結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度進行診斷，對結(jié)構(gòu)的服 役情況、可靠性、耐久性和承載能力進行智能評估，為一些處在特殊氣候、特殊工作狀態(tài)下 的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴重異常時出發(fā)預(yù)警信號，為結(jié)構(gòu)的維修、養(yǎng)護與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。
[0004] 光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，在纖忍內(nèi)產(chǎn)生沿纖忍軸向周期性變化的折射 率。由于光纖布拉格光柵的抗電磁干擾、耐腐蝕、靈敏度高、對電絕緣、成本低及易于實現(xiàn)復(fù) 用等優(yōu)點，使得光纖布拉格光柵一經(jīng)問世，便在光纖傳感領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，并在航空航 天、橋梁、礦山、地質(zhì)勘探、鐵路、天然氣管道的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。 陽〇化]目前國際上很多發(fā)達國家對光纖光柵的應(yīng)用主要集中對結(jié)構(gòu)應(yīng)變、溫度、變形等 監(jiān)測，國內(nèi)也開始使用光纖光柵對結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、溫度、變形進行監(jiān)測，但測量過程中存在光 纖光柵傳感器對被測件變形和均勻熱膨脹及應(yīng)變和溫度交叉敏感的難點。本發(fā)明緊跟國際 先進科技的發(fā)展步伐，解決了在測量結(jié)構(gòu)件受力及受熱變形過程中的光纖光柵傳感器對被 測件變形和均勻熱膨脹及應(yīng)變和溫度交叉敏感難題，具有很重要的實踐意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，克服已有的技術(shù)局限，使用光纖布拉格光柵傳感器準確測量 結(jié)構(gòu)件的變形應(yīng)變，提供了一種基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)件變形應(yīng)變測量過程中的溫 度補償方法，該方法能夠有效監(jiān)測結(jié)構(gòu)件因受力或不均勻受熱導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)件的變形應(yīng)變。
[0007] 本發(fā)明主要用于光纖傳感系統(tǒng)測量由受力及受熱不均勻引起的待測件應(yīng)變、變形 等場合，本發(fā)明克服了光纖傳感系統(tǒng)對被測件變形和均勻熱膨脹及應(yīng)變和溫度交叉敏感的 難點。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種光纖傳感系統(tǒng)溫度補償方法，該方法包括W下步 驟：
[0009] 步驟（1)、對裸光纖光柵傳感器進行溫度標定，得到光纖光柵傳感器的溫度靈敏度 系數(shù)Kti;
[0010] 步驟（2)、用膠水將裸光纖光柵粘貼在待測件相同材料試件的表面，粘貼用膠水及 粘貼工藝與粘貼光纖光柵應(yīng)變傳感器時所用膠水及粘貼工藝完全相同（膠水由待測件及 光纖光柵涂覆層材料決定）；
[0011] 步驟（3)、對粘貼于待測件相同材料試件表面的光纖光柵傳感器進行溫度標定，得 到試件均勻熱膨脹系數(shù)Kt2;
[0012] 步驟（4)、用膠水將裸光纖光柵粘貼在等強度梁表面，粘貼用膠水及粘貼工藝與粘 貼光纖光柵應(yīng)變傳感器時所用膠水及粘貼工藝相同；
[0013] 步驟巧）、對粘貼于等強度梁表面的光纖光柵傳感器進行應(yīng)變標定，得到光纖光柵 傳感器應(yīng)變靈敏度系數(shù)Ke;
[0014] 步驟化）、對待測件進行應(yīng)變、變形測量時，將光纖傳感網(wǎng)絡(luò)布置于待測件上，光纖 光柵應(yīng)變傳感器使用膠水粘貼，將整個傳感器柵區(qū)粘貼固定在待測件表面，光纖光柵溫度 傳感器使用膠帶粘貼固定柵區(qū)兩側(cè)，并保持柵區(qū)處于自由狀態(tài)；
[0015] 步驟（7)、利用光纖光柵應(yīng)變傳感器檢測待測件所受到的應(yīng)變，利用光纖光柵溫度 傳感器作為光纖光柵應(yīng)變傳感器的溫度補償，由公式
：得到有效的變形應(yīng) 變數(shù)據(jù)，其中：AA,是光纖光柵應(yīng)變傳感器中屯、波長漂移量，AAT是光纖光柵溫度傳感 器中屯、波長漂移量，Kti是光纖光柵溫度傳感器的溫度靈敏度系數(shù)，KT2是試件材料的均勻熱 膨脹系數(shù)，K,是光纖光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，e是所求的應(yīng)變變化量。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0017] 1、可W直接利用光纖光柵傳感器準確監(jiān)測結(jié)構(gòu)件的變形應(yīng)變，本發(fā)明所使用的光 纖光柵傳感器是裸光纖光柵，無需封裝，無需增加任何其他結(jié)構(gòu)部件，因此傳感器體積小、 重量輕，且粘貼方便，易操作；
[0018] 2、本發(fā)明同時解決了光纖光柵傳感器對變形和均勻熱膨脹及應(yīng)變和溫度的交叉 敏感問題。
【附圖說明】
[0019] 圖1為實施步驟示意圖；
[0020] 圖中標號：1為光纖光柵傳感器溫度靈敏度系數(shù)標定，2為光纖光柵應(yīng)變傳感器粘 貼于試件材料表面，3為試件材料均勻熱膨脹系數(shù)標定，4光纖光柵應(yīng)變傳感器粘貼于等強 度梁表面，5為光纖光柵應(yīng)變傳感器應(yīng)變靈敏度系數(shù)標定，6為光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感器 粘貼于待測件表面，7為數(shù)據(jù)處理得到有效的變形應(yīng)變值。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，W便更好地理解本發(fā)明。需要 特別提醒注意的是，在W下的描述中，當采用已知功能和設(shè)計的詳細描述也許會淡化本發(fā) 明的主要內(nèi)容時，運些描述在運里將被忽略。
[0022] 如圖1所示，本發(fā)明包括W下7個步驟：1、對裸光纖光柵傳感器進行溫度標定， 得到光纖光柵的溫度靈敏度系數(shù)Kti;2、用膠水將裸光纖光柵粘貼在待測件相同材料試件 的表面，粘貼用膠水及粘貼工藝與粘貼光纖光柵應(yīng)變傳感器時所用膠水及粘貼工藝完全相 同（膠水由待測件及光纖光柵涂覆層材料決定）；3、對粘貼于待測件相同材料試件表面的 光纖光柵傳感器進行溫度標定，得到試件均勻熱膨脹系數(shù)Kt2;4、用膠水將裸光纖光柵粘貼 在等強度梁表面，粘貼用膠水及粘貼工藝與粘貼光纖光柵應(yīng)變傳感器時所用膠水及粘貼工 藝相同；5、對粘貼于等強度梁表面的光纖光柵傳感器進行應(yīng)變標定，得到光纖光柵傳感器 應(yīng)變靈敏度系數(shù)K￡;6、對待測件進行應(yīng)變、變形測量時，將光纖傳感網(wǎng)絡(luò)布置于待測件上， 光纖光柵應(yīng)變傳感器使用膠水粘貼，將光纖光柵的整個柵區(qū)粘貼固定在待測件表面，光纖 光柵溫度傳感器使用膠帶粘貼固定柵區(qū)兩側(cè)，并保持柵區(qū)處于自由狀態(tài)；7、利用光纖光柵 應(yīng)變傳感器檢測待測件所受到的應(yīng)變，利用光纖光柵溫度傳感器作為應(yīng)變傳感器的溫度補 償，由公式
得到有效的變形應(yīng)變數(shù)據(jù)，其中：AAE是光纖光柵應(yīng)變傳感 器中屯、波長漂移量，A是光纖光柵溫度傳感器中屯、波長漂移量，Kti是光纖光柵溫度傳感 器的溫度靈敏度系數(shù)，Kt2是試件材料的均勻熱膨脹系數(shù)，K￡是光纖光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變 靈敏度系數(shù)，e是所求的應(yīng)變變化量。
[0023] 盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實施方式】進行了描述，W便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人 員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，運些變 化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
【主權(quán)項】
1. 一種光纖傳感系統(tǒng)溫度補償方法，其特征在于：該方法包括以下步驟： 步驟（1)、對裸光纖光柵傳感器進行溫度標定，得到光纖光柵傳感器的溫度靈敏度系數(shù)Kn； 步驟（2)、用膠水將裸光纖光柵粘貼在待測件相同材料試件的表面，粘貼用膠水及粘貼 工藝與粘貼光纖光柵應(yīng)變傳感器時所用膠水及粘貼工藝完全相同； 步驟（3)、對粘貼于待測件相同材料試件表面的光纖光柵傳感器進行溫度標定，得到試 件均勻熱膨脹系數(shù)KT2; 步驟（4)、用膠水將裸光纖光柵粘貼在等強度梁表面，粘貼用膠水及粘貼工藝與粘貼光 纖光柵應(yīng)變傳感器時所用膠水及粘貼工藝相同； 步驟（5)、對粘貼于等強度梁表面的光纖光柵傳感器進行應(yīng)變標定，得到光纖光柵傳感 器應(yīng)變靈敏度系數(shù)Ke; 步驟（6)、對待測件進行應(yīng)變、變形測量時，將光纖傳感網(wǎng)絡(luò)布置于待測件上，光纖光柵 應(yīng)變傳感器使用膠水粘貼，將整個傳感器柵區(qū)粘貼固定在待測件表面，光纖光柵溫度傳感 器使用膠帶粘貼固定柵區(qū)兩側(cè)，并保持柵區(qū)處于自由狀態(tài)； 步驟（7)、利用光纖光柵應(yīng)變傳感器檢測待測件所受到的應(yīng)變，利用光纖光柵溫度傳感 器作為光纖光柵應(yīng)變傳感器的溫度補償，由公式得到有效的變形應(yīng)變 數(shù)據(jù)，其中：AXE是光纖光柵應(yīng)變傳感器中心波長漂移量，AX7是光纖光柵溫度傳感器 中心波長漂移量，KT1是光纖光柵溫度傳感器的溫度靈敏度系數(shù)，KT2是試件材料的均勻熱膨 脹系數(shù)，KE是光纖光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，e是所求的應(yīng)變變化量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖傳感系統(tǒng)溫度補償方法，其特征在于：該方法用于 光纖傳感系統(tǒng)測量由受力及不均勻熱膨脹引起的應(yīng)變、變形場合，克服了光纖傳感系統(tǒng)對 被測件變形和均勻熱膨脹及應(yīng)變和溫度交叉敏感的難點。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光纖傳感系統(tǒng)溫度補償方法，該方法步驟為：1、對光纖傳感器進行溫度標定，得到溫度靈敏度系數(shù)KT1；2、對粘貼于待測件相同材料試件表面的光纖傳感器進行溫度標定，得到材料均勻熱膨脹系數(shù)KT2；3、對光纖傳感器進行應(yīng)變標定，得到應(yīng)變靈敏度系數(shù)Kε；4、對待測件進行應(yīng)變、變形測量時，利用光纖應(yīng)變傳感器檢測待測件所受到的應(yīng)變，利用光纖溫度傳感器作應(yīng)變傳感器的溫度補償，剔除均勻熱膨脹的影響，得到有效的變形應(yīng)變數(shù)據(jù)。本發(fā)明主要用于光纖傳感網(wǎng)絡(luò)測量由受力及非均勻熱膨脹引起的應(yīng)變、變形等場合，本發(fā)明克服了光纖傳感器對被測件變形和均勻熱膨脹及應(yīng)變和溫度交叉敏感的難點。
【IPC分類】G01B11/16
【公開號】CN105115438
【申請?zhí)枴緾N201510502899
【發(fā)明人】魏鵬, 李明, 李成貴
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月16日