一种基于光纤小应变的大变形测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于光纤小应变的大变形测试装置及测试方法，该装置由蜗杆、传动模组、滑台、游标卡尺、测试光纤组成；所述的游标卡尺固定于滑台的滑块上面，测试光纤的一端固定于滑块的夹具之上，另一端固定于挡板的夹具上，蜗杆位于左边第一个螺纹螺杆轴的一端，传动模组以及滑块由螺纹螺杆轴联接传动；变形量通过蜗杆输入传动模组中，与齿轮组相连的螺纹螺杆再把变形量传递到滑台，当第一个滑台达到设定的量程后，并靠组接的传动模组将持续输入的变形量传递至下一个滑台，以此类推；通过光纤解调仪测试光纤的拉伸变形数据，达到使用光纤测试大变形的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤小应变的大变形测试装置及测试方法
本专利技术涉应变量测量领域，特别适用于以光纤的小应变来进行大变形测试技术，可应用于工程监测
技术背景工程检测
常需要测量应变力产生的应变量，可以用光纤测量微小的应变位移，光纤是新型的监控量测载体，在物体拉伸、弯曲等变形监测中的应用逐渐兴起。光纤自身的物理性质决定了其在测试物体小变形上的优势，如灵敏度和精度高，抗干扰性强等。光纤在全分布式、长距离监控测量中有很大优势，可对被测试物体在光纤的轴向方向上的变形进行高精度、分布式、长距离的测试。在现有的相关专利技术，如“CN201610283892.X一种光纤均匀应力施加装置”中，采用把光纤固定于直线滑轨两端的夹持结构上，通过加持装置之间的弹性形变件(弹簧或弹性橡胶)使光纤均匀拉伸。然而这种加载方式不能精确控制拉伸距离，因此试验过程中产生的误差相对较大，尤其是光纤在产生小应变时就易崩断，因此不能应用光纤进行大变形测试。因此研究一种可控制加载速度和长度的大变形测试装置就格外重要，通过该装置进行基于光纤小应变的大变形测试具有重要意义。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于光纤小应变的大变形测试装置，相对于传统的基于光纤的应变测量装置，本装置能够有效的用光纤对大变形进行测量，为分布式光纤测试技术在工程中的应用提供有力的依据。本专利技术的另一个目的是提供一种基于光纤小应变的大变形测试方法，应用于工程领域，将总的位移变形量分解成多个小变形量，实用光纤测量每个小变形量，再累加求得总的位移变形量。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于光纤小应变的大变形测试装置，包括BOTDA光纤解调仪，BOTDA光纤解调仪接入多根光纤的两端，形成多个测试回路，其特征在于，多根所述光纤一端分别被静夹具夹持，另一端分别被动夹具夹持，多个动夹具被构造设计为被多个滑块分别驱动将光纤相对静夹具拉伸，多个滑块分别与各传动模组共同一螺纹螺杆轴穿设轴枢，以分别接受各传动模组轴转驱动，各传动模组通过辅助齿轮轴侧平行并靠啮接，各传动模组包括呈端侧平行并靠组接的前端传动齿轮组、或和接续传动齿轮，所述前端传动齿轮组与接续传动齿轮组在轴端预订轴转碰触，进行接续转动，前端传动齿轮组与螺纹螺杆轴连结，接续齿轮组相对螺纹螺杆轴转动连接，一传动机构耦合一前端传动齿轮组，用于输入待测应变量L总，多个游标卡尺布置于动夹具和静夹具之间，用于测量光纤拉伸前长度L。进一步地，一种基于光纤小应变的大变形测试装置，还包括箱体，所述的箱体内收容架设定位多个传动模组，箱体内收容有润滑油，前端传动齿轮组和接续传动齿轮组浸润在润滑油中，所述传动机构为贯穿箱体的蜗杆进一步地，所述前端传动齿轮组，其承接圆周侧应变量输入或轴向应变量输出，其内设一被固定的第一行星齿轮架及轴枢配套之多个第一行星齿轮，第一行星齿轮中心轴向啮接枢设传动接续轮，第一行星齿轮轴向啮接第一内齿环，第一内齿环的端轴与螺纹螺杆轴连结轴转。进一步地，所述接续传动齿轮组，其呈同心轴枢承接该前端传动模组的输出应变量，并通过一第二内环齿与辅助齿轮并靠啮接，沿圆周侧输出应变量，第二内环齿内啮接多个第二行星齿轮及轴枢配套的一被固定的第二行星齿轮架，接续传动齿轮组的端轴与螺纹螺杆轴间隙配合。进一步地，所述箱体的底板侧设有调节螺孔，并螺设锁定旋钮，以调整紧迫螺纹螺杆轴。进一步地，所述前端传动齿轮组的第一内环齿端面有凸设销键。进一步地，所述的接续齿轮组的第二内环齿端面有凹设弧形键槽，弧形键槽弧长为第二内环齿圆周长的9/10。进一步地，所述的螺纹螺杆轴轴侧平行布置基准轴；优选地，所述的第一内齿环和第二内齿环的模数相同，第一行星齿轮和第二行星齿轮的模数、齿形相同，所有传动接续轮的模数和齿形也相同。进一步地，承接传动机构输入待测应变量L总的所述的第一内环齿圆周设为斜齿，与辅助齿轮啮接所述的第一内环齿圆周设为直齿。优选地，所述的静夹具被固定在挡板上，所述螺纹螺杆轴与挡板的轴承连接。进一步地，所述的螺纹螺杆轴穿过箱体顶板的一端或远离滑台的一端设有调节手轮，调节手轮与螺纹螺杆轴用销连接。由上述测试装置的大变形测试方法，包括以下步骤：S01.将N根光纤的一端分别固定于滑台的动夹具上，另一端分别固定于静夹具上，使N根光纤处于预拉状态，并测量光纤的拉伸前长度Ln，及初始状态布里渊反射光频率数据fij，其中i表示光纤的编号，i＝1…n，j为1或2，j＝1表示拉伸前，j＝2表示拉伸后；S02.通过所述传动机构待测应变量L总输入至各传动模组，从而带动各滑台依次移动，使各光纤依次产生最大位移或变形量ΔLi，用BOTDA光纤解调仪分别连续测试每根光纤的布里渊反射光频率fij，其中i表示光纤的编号，用游标卡尺分别连续测试每根光纤的拉伸后长度Lnj，其中i表示光纤的编号，i＝1…n，j为1或2，j＝1表示拉伸前，j＝2表示拉伸后；S03.根据公式△Li＝△εi×Li求各光纤依次产生最大位移或变形量，各光纤的最大位移或变形量即第N+1根光纤所在的滑台发生位移时第N根光纤的位移或变形量，△εi为各光纤应变量，△εi＝fε/Cf,ε,fε＝fi2-fi1，Cf,ε为光纤应变系数，fε为由应变引起的布里渊频移值，fi1为BOTDA测试的布里渊频率基准值，fi2为BOTDA测试的布里渊频率测量值；S04.根据公式求输入的待测应变量。与现有技术相比，采用本专利技术的技术方案产生的有益效果在于：第一，本专利技术利用行星式齿轮组传动副把持续输入的待测应变量L总传递到N个滑台之上，通过光纤的小应变累加从而进行大待测应变量L总测试实验，可调整齿轮组的接续数量来调整测试范围；第二，根据各传动与接续齿轮组的排列组合方式，本专利技术装置的传动效果是：所有传动齿轮组和接续齿轮组的母轮的内齿模数m1相同，齿数Z1相同，分度圆直径D1也相同。齿轮组的行星齿轮的模数m2相同，齿数Z2相同，分度圆直径D2也相同，中心齿轮的模数m3，齿数Z3。故传动齿轮组的母轮和行星齿轮的传动比i＝Z3/Z1。位于同一侧的传动齿轮组和接续齿轮组由平行设置的传动齿轮联接，它们的母轮的模数、齿数、分度圆直径都相同，且传动比i＝1。第三，由于光纤的拉伸率较小，易发生脆断，本专利技术装置采用涡轮蜗杆加载待测应变量L总的方式，可以做到匀速微量施加待测应变量L总的目的。在待测应变量L总加载过程中，蜗杆转动一周，涡轮转动一个齿距。此种加载拉伸量的方式使光纤受力持续稳定，不会瞬时受到较大拉应力，避免了光纤因拉伸过快而断开。第四，由于前端传动齿轮组下方轴端随接续传动齿轮组上方轴端预定周转碰触进行接续转动，所述的接续齿轮组的第二内环齿端面有凹设弧形键槽，弧形键槽弧长为第二内环齿圆周长的9/10，即第一传动模组旋转3圈时，第二传动模组旋转2+1/10圈，后一传动模组比前一传动模组少转9/10圈，这样可将输入的待测应变量L总通过接续传动的方式分解到多个滑台上，对多个被夹持的光纤施加应力，测量出每个光纤的的累加微量变形后，就可得到待测应变量L总。附图说明图1是本专利技术的装置俯视图；图2是本专利技术的装置侧视图；图3是本专利技术的A-A剖面图；图4是本专利技术的装置的后挡板62示意图；图5是本专利技术的蜗杆蜗轮传动齿轮组示意图；图6是本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤小应变的大变形测试装置，包括BOTDA光纤解调仪，BOTDA光纤解调仪接入多根光纤的两端，形成多个测试回路，其特征在于，多根所述光纤一端分别被静夹具夹持，另一端分别被动夹具夹持，多个动夹具被构造设计为被多个滑块分别驱动将光纤相对静夹具拉伸，多个滑块分别与各传动模组共同一螺纹螺杆轴穿设轴枢，以分别接受各传动模组轴转驱动，各传动模组通过辅助齿轮轴侧平行并靠啮接，各传动模组包括呈端侧平行并靠组接的前端传动齿轮组、或和接续传动齿轮，所述前端传动齿轮组与接续传动齿轮组在轴端预订轴转碰触，进行接续转动，前端传动齿轮组与螺纹螺杆轴连结，接续齿轮组相对螺纹螺杆轴转动连接，一传动机构耦合一前端传动齿轮组，用于输入待测应变量L总，多个游标卡尺布置于动夹具和静夹具之间，用于测量光纤拉伸前长度L。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤小应变的大变形测试装置，包括BOTDA光纤解调仪，BOTDA光纤解调仪接入多根光纤的两端，形成多个测试回路，其特征在于，多根所述光纤一端分别被静夹具夹持，另一端分别被动夹具夹持，多个动夹具被构造设计为被多个滑块分别驱动将光纤相对静夹具拉伸，多个滑块分别与各传动模组共同一螺纹螺杆轴穿设轴枢，以分别接受各传动模组轴转驱动，各传动模组通过辅助齿轮轴侧平行并靠啮接，各传动模组包括呈端侧平行并靠组接的前端传动齿轮组、或和接续传动齿轮，所述前端传动齿轮组与接续传动齿轮组在轴端预订轴转碰触，进行接续转动，前端传动齿轮组与螺纹螺杆轴连结，接续齿轮组相对螺纹螺杆轴转动连接，一传动机构耦合一前端传动齿轮组，用于输入待测应变量L总，多个游标卡尺布置于动夹具和静夹具之间，用于测量光纤拉伸前长度L。2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括箱体，所述的箱体内收容架设定位多个传动模组，箱体内收容有润滑油，前端传动齿轮组和接续传动齿轮组浸润在润滑油中，所述传动机构为贯穿箱体的蜗杆。3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述前端传动齿轮组，其承接圆周侧应变量输入或轴向应变量输出，其内设一被固定的第一行星齿轮架及轴枢配套之多个第一行星齿轮，第一行星齿轮中心轴向啮接枢设传动接续轮，第一行星齿轮轴向啮接第一内齿环，第一内齿环的端轴与螺纹螺杆轴连结轴转。4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述接续传动齿轮组，其呈同心轴枢承接该前端传动模组的输出应变量，并通过一第二内环齿与辅助齿轮并靠啮接，沿圆周侧输出应变量，第二内环齿内啮接多个第二行星齿轮及轴枢配套的一被固定的第二行星齿轮架，接续传动齿轮组的端轴与螺纹螺杆轴间隙配合。5.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述箱体的底板侧设有调节螺孔，并螺设锁定旋钮，以调整紧迫螺纹螺杆轴。6.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷先伦，张俊家，张娟，曹升亮，李震，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42