三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定方法技术

本发明专利技术公开一种三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定方法，包括：标定全部三向光纤光栅应变花传感器夹持位移灵敏度；对标定后的三向光纤光栅应变花传感器进行一致性安装；抽样标定三向光纤光栅应变花传感器应变传递系数；获得标定公式，实现对三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定。本方案采用基于夹持位移和等强度梁标定相结合的方式，标定每一只光纤光栅应变传感器的夹持位移灵敏度系数，并单独标定应变传递系数，获得传感器的应变灵敏度，解决了抽样标定时传感器加工不一致导致的测量误差，通过一致性安装工艺，可以保证所有被安装传感器的应变传递系数的一致性，有效提高应变测量精度，为结构体三向应变的高精度测量提供重要保障。

【技术实现步骤摘要】
三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定方法
本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种解决大批量三向光纤光栅应变花传感器高一致性标定与安装的方法。
技术介绍
飞行器在飞行过程中，需要对飞行器自身舱体或罐体的最大主应变进行监测，从而起到安全预警作用。对于最大主应变的获取，常常将光纤光栅应变传感器以三向应变花的模式粘贴在待测体表面，进而把相关测量结果带入计算公式便可得到最大主应变。例如，在待测点O处完成三向光纤光栅应变花传感器安装，完成三向应变测量，三向角度分别为α1、α2、α3，εx、εy为待测点沿坐标轴x和y方向的应变，γxy为剪应变。三向之间的夹角可以选择45°、60°等多个角度，以45°三向测量为例，α1＝0°，α2＝45°，α3＝90°，εx＝ε0。，εy＝ε90。，γxy＝2ε45°-(ε0°+ε90°)，可得到最大主应变εmax表达式为：当前，一些研究者研究了胶粘剂的选择对粘贴效果的影响，例如吴俊和陈伟民等选用铅作为粘接层材料将FBG固定在金属表面，并分别通过公式计算及有限元模拟得出粘接层应变传递效率达到了0.98左右。周红和乔学光等人在Si3N4中掺入纳米SiO2、TiO2和SiC粒子，制备出适用于FBG传感器粘贴和封装的无机胶黏剂，使得光纤光栅更加适合在恶劣的环境中应用；马收等人利用自制的环氧胶膜E310A，将FBG传感器的温度响应性提高了2倍。上述研究结果偏重于理论研究，对于真实环境中的结构体，例如空间站舱体，往往需要在大面阵结构体中粘贴成百上千个光纤光栅三向应变传感器，为了光纤光栅的安全性和可靠性使用，所有的传感器都带有金属基底作为保护；而因舱体无法像等强度梁一样进行加载不同砝码进行传递系数标定，这意味着贴装后的光纤光栅应变传感器无法在舱体上进行标定，只能带入传感器在地面标定过程中的应变传递系数来获得结构体最终的三向应变测量值，进而求得结构体的最大主应变，而此种方式则会带来两个重要问题：(1)采用胶粘安装方式的表贴式光纤光栅应变传感器的应变灵敏度系数会受待测结构材料、传感器封装基底材料、胶粘强度的影响引起应变传递效率不同而变化，进而导致应变测量结果产生偏差；(2)三向光纤光栅应变花传感器在标定后，需要通过胶粘方式安装在待测体表面，在安装过程中，胶粘量控制、涂胶均匀性控制、涂胶气泡控制、涂胶部位偏差、胶干时间控制、涂胶后按压力控制、胶粘剂溢出基底控制等因素，都会导致飞行器上每个光纤光栅应变传感器的参数不同，因此带入同一个光纤光栅应变传感器制备过程中的地面标定数值会带来较大的误差，最终得到的结构体主应变数值就会不准，这在航空航天上具有较大的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术针对当前大型结构体无法在线对大批量三向光纤光栅应变花传感器进行标定而直接带入经验数值的现状，提出了一种三向光纤光栅应变花传感器高可靠、高一致性应变获取方法，通过对光纤光栅应变传感器参数标定和传感器特定安装工艺方法的研究，大大提高了三向光纤光栅应变花传感器在大型结构体上应变测量的准确性，实现结构体主应变的准确计算与安全状态的准确评估。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定方法，包括以下步骤：步骤A、标定全部三向光纤光栅应变花传感器夹持位移灵敏度；步骤B、对步骤A中标定后的三向光纤光栅应变花传感器进行一致性安装；步骤C、抽样标定三向光纤光栅应变花传感器应变传递系数；步骤D、获得三向光纤光栅应变花传感器标定公式，实现对三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定。进一步的，所述步骤B中，对三向光纤光栅应变花传感器进行一致性安装时，具体包括：步骤B1、在光纤光栅应变传感器的基底内侧设计一对凸台，所述凸台凸出于基底上表面S1mm；步骤B2、根据三向光纤光栅应变花传感器的相对位置及安装方向设计涂胶网板，所述涂胶网板上设置有三对孔洞，每对孔洞分别对应三向光纤光栅应变花传感器中的三个方向，所述孔洞与凸台的位置相对应，所述孔洞的深度为S2mm，且S2-S1＝0.02mm；步骤B3、将三向光纤光栅应变花传感器进行固定，利用涂胶网板对光纤光栅感应传感器的凸台进行进行涂胶；步骤B4、涂胶完成后，利用涂胶网板进行刮胶操作；步骤B5、以恒定压力按压三向光纤光栅应变花传感器，使传感器贴压在结构体上，保证所有需要安装的三向光纤光栅应变花传感器在压力和固化时间上的一致性。进一步的，所述步骤B3中，将三向光纤光栅应变花传感器的两端光纤保护套管通过尼龙线绑定的方式固定在工装平台上实现平稳性涂胶。进一步的，所述步骤B3中，在进行涂胶之前，采用无尘布蘸取适量丙酮，对凸台粘胶区进行擦洗，待丙酮蒸发后，采用无尘布蘸无水乙醇进行再次擦拭。进一步的，所述步骤B5中，在完成传感器贴压在结构体操作后，在传感器基底和结构体的缝隙处用塞尺进行光纤基底悬空区域的多余胶清除，以保证胶液最终只存在凸台和安装面之间，保证所有传感器粘贴的一致性。进一步的，所述步骤C中，在三向光纤光栅应变花传感器的地面标定试验中，选用和结构体同样的材料制作等强度梁，三向光纤光栅应变花传感器在同一个工装下，保证统一的胶粘量控制、涂胶均匀性控制、涂胶气泡控制、涂胶部位偏差、胶干时间控制、涂胶后按压力控制和胶粘剂溢出基底控制，得到等效待测结构体和金属基底之间的应变传递系数。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：(1)基于夹持位移和等强度梁标定相结合的方式，能够标定每一只三向光纤光栅应变花传感器的夹持位移灵敏度系数，并单独标定应变传递系数，获得传感器的应变灵敏度，解决了夹持位移标定时无法获得真实的应变灵敏度，抽样标定时传感器加工不一致引入的测量误差，提高了应变测量精度；(2)针对在大面阵结构体上粘贴成百上千个三向光纤光栅应变花传感器的需求，提出了在安装三向光纤光栅应变花传感器的针对性方法，可以保证应变测量的准确性和应变传递系数的一致性，为结构体三向应变的准确性测量奠定基础。附图说明图1为本专利技术实施例光纤光栅应变传感器参数标定与一致性安装流程图；图2为本专利技术实施例夹持位移灵敏度系数标定图；图3为本专利技术实施例光纤应变传感器金属基底及凸台的俯视图和左视图；图4为本专利技术实施例所述涂胶网板结构；图5为传感器安装过程中塞尺去除多余胶液；其中，1、凸台；2、孔洞；3、塞尺。具体实施方式为了能够更加清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不限于下面公开的具体实施例。光纤光栅应变传感器的应变灵敏度系数是影响传感器测量精度的关键参数，为了准确获得传感器的应变灵敏度系数，将其分解为与传感器自身相关的夹持位移灵敏度系数以及与待测结构材料、传感器封装基底材料和胶粘强度相关的应变传递系数。光纤光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤A、标定全部三向光纤光栅应变花传感器夹持位移灵敏度；/n步骤B、对步骤A中标定后的三向光纤光栅应变花传感器进行一致性安装；/n步骤C、抽样标定三向光纤光栅应变花传感器应变传递系数；/n步骤D、获得三向光纤光栅应变花传感器标定公式，实现对三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定。/n

【技术特征摘要】
1.三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、标定全部三向光纤光栅应变花传感器夹持位移灵敏度；
步骤B、对步骤A中标定后的三向光纤光栅应变花传感器进行一致性安装；
步骤C、抽样标定三向光纤光栅应变花传感器应变传递系数；
步骤D、获得三向光纤光栅应变花传感器标定公式，实现对三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定。


2.根据权利要求1所述的三向光纤光栅应变花传感器一致性安装与标定方法，其特征在于：所述步骤B中，对三向光纤光栅应变花传感器进行一致性安装时，具体包括：
步骤B1、在光纤光栅应变传感器的基底内侧设计一对凸台(1)，所述凸台(1)凸出于基底上表面S1mm；
步骤B2、根据三向光纤光栅应变花传感器的相对位置及安装方向设计涂胶网板，所述涂胶网板上设置有三对孔洞(2)，每对孔洞分别对应三向光纤光栅应变花传感器中的三个方向，所述孔洞(2)与凸台(1)的位置相对应，所述孔洞(2)的深度为S2mm，且S2-S1＝0.02mm；
步骤B3、将三向光纤光栅应变花传感器进行固定，利用涂胶网板对光纤光栅感应传感器的凸台进行涂胶；
步骤B4、涂胶完成后，利用涂胶网板进行刮胶操作；
步骤B5、以恒定压力按压三向光纤光栅应变花传感器，使传感器贴压在结构体上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗玉祥，张建德，伍攀峰，王晓宇，高翔，杨宁，刘强，孙华亮，王浩，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37