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一种继承性大变形光纤测试结构及测试方法技术

技术编号:28554633 阅读:48 留言:0更新日期:2021-05-25 17:47
本发明专利技术提供了一种继承性大变形光纤测试结构及测试方法,包括外接测试设备的多根测试光纤,设置两个固结区将测试光纤直接固定在检测对象上,或者先固定在测试光线载体上,测试光线载体再固定在检测对象上;所有测试光纤在检测区域内长度不同L

【技术实现步骤摘要】
一种继承性大变形光纤测试结构及测试方法
本专利技术涉及变形测试
,具体涉及一种继承性大变形光纤测试结构,以及基于该大变形光纤测试结构的测试方法。
技术介绍
近年来,光学纤维(光纤)作为一种变形传感材料发展迅速,形成了一种专门的测试技术。由于光纤对变形敏感、测试精度高、性能相对稳定、受环境影响小等一系列优点,已经出现取代传统测试技术的趋势,在各个领域得到大量运用,前景良好。光纤的主要材料是玻璃丝纤维,众所周知,玻璃是一种脆性材料,虽然做成纤维以后脆性得到较大克服,但延性较差,这对变形测试而言还是有很大限制。目前,采用光纤做成的传感元件能够测试的应变通常不超过1.5%,这对结构工程、岩土工程等大变形测试显然不够。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题,本专利技术目的在于提供一种继承性大变形光纤测试结构,并基于该继承性大变形光纤测试结构提供其测试方法。本专利技术中,所述大变形是指应变不小于1.5%的变形情况。为了实现上述目的,本专利技术采用了如下所述技术方案。一种继承性大变形光纤测试结构,其特征在于:由多根测试光纤Gi组成,每根测试光纤外接测试设备5;在测试区域L两端设置两个固结区d,将多根测试光纤直接固定在测试对象4上,或者先将多根测试光纤Gi固定在测试光纤载体3上,再将测试光纤载体3固定在测试对象4上;在测试区域L范围内,每根测试光纤长度Li不同,Li-1<Li≤Li-1(1+δ)(i=2,3,...,i,...,n),n≥2为一个测点处测试光纤Gi的数量,L1=L,δ为测试光纤的有效测试应变量。进一步地,根据测试变形量最大值确定测试光纤Gi的数量n。又进一步地:每根测试光纤Gi有共同的固结区d,固结区d之间的初始净间距为L;固结区d作为测试控制固定点1,其余非测试控制固定点2用于固定测试光纤Gi位置,需要满足测试对象变形时不导致测试光纤Gi导线被拉断的要求。更进一步地:测试光纤载体3可以是片状的,也可以做成封闭型筒体,用测试控制固定点1和非测试控制固定点2将测试光纤Gi固结在测试光纤载体3上;测试光纤载体3的材料、形状、尺寸根据测试对象与环境进行确定,形成光纤测试条带。作为本专利技术的优选方案,n根测试光纤Gi组成的测试条带上可设置一个或多个串连的测试区域L,测试一个或多个点的变形。基于前述继承性大变形光纤测试结构的测试方法,其步骤包括:将测试光纤Gi直接固结在测试对象4上,或者将测试光纤Gi先固定在测试光纤载体3上,然后将测试光纤载体3固定在测试对象4上;测试光纤Gi外接测试设备5;变形测试过程中:首先通过第一根测试光纤G1测试变形量;当测试光纤G1失效时,第二根测试光纤G2拉直、进入测试状态;当第二根测试光纤G2失效时,第三根测试光纤G3拉直、进入测试状态……;以此类推,直到完成大变形测试;变形测试结果为:测试光纤Gi数据叠加Gi起始点同一时间点的Gi-1末端数据。本专利技术的有益效果:(1)采用基于光纤的小变形量级的测试精度,能够测试到测试对象的大变形,从根本上解决了传统大变形测试精度远远小于小变形测试精度的局面,属于对传统大变形测试技术的一次突破,前景广阔;(2)就测试原理而言,在无其它条件限制的情况下,能够测试现有光纤测试方法无法测试到的任何大变形,为测试技术的发展提供了更多的可能和新的方法;(3)本专利技术提供的继承性大变形光纤测试结构的结构简单,稳定性好,测试精度高,结构成本及其实施成本低,实施过程简单,有极大的应用前景。附图说明图1为实施例1大变形光纤测试结构正剖面示意图;图2为实施例1中大变形光纤测试结构测试区俯视示图,其中:(a)为测试第一阶段开始时光纤分布状态;(b)为测试第二阶段开始时光纤分布状态;(c)为测试第三阶段开始时光纤分布状态;图3为实施例3中大变形光纤测试结构测试区俯视示图;图4为实施例4中大变形光纤测试结构测试区俯视示图。图中:1—测试控制固定点;2—非测试控制固定点;3—测试光纤载体;4—测试对象、5—测试设备;d—固结区(长度);G1、G2、G3—分别为第一、二、三根测试光纤;L—测试区(长度);L1、L2、L3、—分别为第一、二、三测试光纤在测试区域L内的长度;s—测试时的变形示意;δ—测试光纤的有效测试应变量。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。在本专利技术的描述中,需要注意的是,实施例采用的光纤数量n=3,仅为了方便说明原理,不能理解为对本专利技术的限制。实施例1需要测试一结构受力后的表面某个点的变形,估计最大应变会达到4%。传统方法只能测试到δ=1.5%应变,不能满足测试要求,故采用本专利技术方法进行测试。为了便于现场实施,采用先制作测试条带,然后在现场将测试条带固结在测点上的方法实施,请参见图1、图2。大变形光纤测试结构条带制作,包括:采用具有满足延展性要求的高分子材料做成矩形筒体测试光纤载体3;筒体内放入三根测试光纤G1、G2、G3;取测试区长度L=20mm,有L1=L=20mm、L2=L1(1+δ)=20(1+0.01)=20.3mm、L3=L2(1+δ)=20.3(1+0.015)=20.6045mm(取20.6mm);在测试区长度L两端,用固结剂(胶水)将三根测试光纤固结在矩形筒体测试光纤载体3上,固结长度d,形成测试控制固定点1;在L范围内,测试光纤G1直线放置,其它测试光纤弯曲放置,见图2(a)所示;在L范围以外,所有测试光纤均弯曲放置(见图2所示),并用固结剂将三根测试光纤固结在矩形筒体测试光纤载体3上,形成非测试控制固定点2;非测试控制固定点2主要作用是保持测试光纤在测试光纤载体3筒体内均匀弯曲分布,并由此控制其间距。上述大变形光纤测试结构条带制作可在生产厂家进行,形成自动化流水生产线,大批量、高质量、低成本产出。变形测试前,用固结剂将制作好的大变形光纤测试结构条带的测试区(L范围)固结在指定的测试点上,并根据现场情况固定测试结构条带测至安全、稳定状态。测试结构条带端部连接测试设备5,开启测试设备5,检查测试线路联通和有效状态,并测试变形初始值。变形测试时,开启测试设备5,测试对象4产生的变形就会被记录下来。测试过程如下:1、测试对象4表面变形通过测试光纤载体3传递给两个测试控制固定点1,两个测试控制固定点之间的变形由测试光纤G1测试并记录,见图2(a)所示,记为第一变形阶段;2、随着变形增加,测试光纤G1上的变形逐渐达到有效测试应变量δ,此时测试光纤G2逐渐被拉直,记为第一变形阶段末;3、变形进入第二变形阶段时,测试光纤G2开始进入测试阶段。此时,测试光纤G1进入变形非有效测试阶段。随变形量增加,测试光纤G1被拉断,见图2(b)所示;4、随着变形增加,测试光纤G2上的变形逐渐达到有效测试应变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种继承性大变形光纤测试结构,其特征在于:由多根测试光纤G

【技术特征摘要】
1.一种继承性大变形光纤测试结构,其特征在于:由多根测试光纤Gi组成,每根测试光纤外接测试设备(5);在测试区域L两端设置两个固结区d,将多根测试光纤直接固定在测试对象(4)上,或者先将多根测试光纤Gi固定在测试光纤载体(3)上,再将测试光纤载体(3)固定在测试对象(4)上;在测试区域L范围内,每根测试光纤长度Li不同,Li-1<Li≤Li-1(1+δ)(i=2,3,...,i,...,n),n≥2为一个测点处测试光纤Gi的数量,L1=L,δ为测试光纤的有效测试应变量。


2.根据权利要求1所述的继承性大变形光纤测试结构,其特征在于:根据测试变形量最大值确定测试光纤Gi的数量n。


3.根据权利要求1所述的继承性大变形光纤测试结构,其特征在于:每根测试光纤Gi有共同的固结区d,固结区d之间的初始净间距为L。


4.根据权利要求3所述的继承性大变形光纤测试结构,其特征在于:固结区d作为测试控制固定点(1),其余非测试控制固定点(2)用于固定测试光纤Gi位置,需要满足测试对象变形时不导致测试光纤Gi导线被拉断的要求。


5.根据权利要求1所述的继承性大变形光纤测试结构...

【专利技术属性】
技术研发人员:叶晓明陈柏林郭琪傅翔董平
申请(专利权)人:叶晓明重庆大恒工程设计有限公司
类型:发明
国别省市:重庆;50

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