利用光纤光栅测量材料应变的系统及测量方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种利用光纤光栅测量材料应变的系统及测量方法。该系统包括制冷装置、罩体、测试台、光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器和光纤光栅解调仪，罩体罩设于制冷装置和测试台的外侧，测试台设置于制冷装置的冷头上，在测试台内部设置有用于放置光纤光栅温度传感器的光纤窄缝，光纤光栅解调仪分别用于采集光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器在温度变化下的光纤反射波长。采用本发明专利技术的测量方法可控制待测材料的升降温速率，可解决现有技术中光纤光栅在低温下测量材料应变时对低温液体冷源的过分依赖，简化实验操作，避免低温液体原材料大量浪费的问题。避免低温液体原材料大量浪费的问题。避免低温液体原材料大量浪费的问题。

【技术实现步骤摘要】
利用光纤光栅测量材料应变的系统及测量方法


[0001]本专利技术涉及光纤光栅应用
，尤其涉及一种利用光纤光栅测量材料应变的系统及测量方法。

技术介绍

[0002]光纤布拉格传感器是利用光纤布拉格光栅(简称：FBG)作敏感元件的功能型光纤传感器，当光栅所在环境的温度或者应力发生变化时，将导致光栅周期及纤芯折射率的变化，从而使光纤布拉格光栅中心波长发生波动，通过检测布拉格波长偏移的情况，即可以获得待测材料温度、应力变化的情况。由于体积小、准确度高、抗电磁干扰等特点，光纤布拉格传感器被用于超导磁体，对系统的结构状态实时监测。
[0003]而目前的在超低温环境下测量材料应变一般选用液氮等低温液体冷源来控制实验条件，采用低温液体冷源无法控制环境的升降温速率，且实验操作复杂，造成低温液体原材料大量浪费等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种利用光纤光栅测量材料应变的系统及测量方法，用以解决现有技术中过分依赖低温液体冷源导致的无法控制环境的升降温速率，且实验操作复杂，造成低温液体原材料大量浪费的缺陷。
[0005]本专利技术实施例提供一种利用光纤光栅测量材料应变的系统，包括：制冷装置、罩体、测试台、光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器和光纤光栅解调仪，所述罩体罩设于所述制冷装置和所述测试台的外侧，所述测试台设置于所述制冷装置的冷头上，在所述测试台内部设置有用于放置所述光纤光栅温度传感器的光纤窄缝，所述光纤光栅解调仪分别与所述光纤光栅应变传感器、所述光纤光栅温度传感器连接，用于采集所述光纤光栅应变传感器和所述光纤光栅温度传感器在温度变化下的光纤反射波长。
[0006]其中，所述罩体包括真空罩和屏蔽罩，所述真空罩罩设于所述屏蔽罩的外侧，所述屏蔽罩罩设于所述制冷装置的一级冷头上。
[0007]其中，在所述真空罩上设置真空泵接口。
[0008]其中，所述测试台包括传热法兰、传热柱、传热台和传热盖板，所述传热盖板设于所述传热台的顶部，所述光纤窄缝位于所述传热台的顶面，所述传热台依次通过所述传热柱和所述传热法兰连接于所述制冷装置的二级冷头上。
[0009]其中，还包括加热片，所述加热片与所述制冷装置的二级冷头连接，所述加热片围设于相邻所述传热柱之间。
[0010]其中，还包括光纤馈通件，所述光纤馈通件贯通于所述罩体，用于将光纤光栅应变传感器的尾栅和光纤光栅温度传感器的尾栅通向所述光纤光栅解调仪。
[0011]其中，还包括光纤盲板和光纤接头，所述光纤接头安装于所述罩体的外侧，所述光纤盲板设置于所述光纤接头的端部，所述光纤馈通件安装于所述光纤盲板上。
[0012]根据本专利技术实施例另一方面提供的一种利用光纤光栅测量材料应变的系统的测量方法，包括：
[0013]S1、将光纤光栅温度传感器放置于光纤窄缝中，将低温温度计放置于测试台上，启动制冷装置并在预设温度区间进行测量，得到光纤光栅温度传感器的第一温度-波长曲线；
[0014]S2、标定光纤光栅温度传感器得到热光系数；
[0015]S3、将光纤光栅应变传感器埋设于待测材料中，并将待测材料放置于测试台上，将光纤光栅温度传感器放置于光纤窄缝中，启动制冷装置并在预设温度区间进行测量，得到光纤光栅应变传感器的第二温度-波长曲线；
[0016]S4、通过第一温度-波长曲线和第二温度-波长曲线计算待测材料在预设温度区间的应变变化。
[0017]其中，待测材料的应变计算公式为：
[0018][0019]其中，ε为待测材料的应变，P
e
为已知的有效弹光系数，λ为由光纤光栅应变传感器测得的反射波长，δλ为反射波长变化量，即对应温度变化量的反射波长变化量，ΔT为光纤光栅温度传感器测得的温度变化，通过标定光纤光栅温度传感器得到。
[0020]本专利技术实施例提供的利用光纤光栅测量材料应变的系统及测量方法，通过制冷装置提供可调的低温测量环境，通过光纤光栅解调仪监测光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器在温度变化下的光纤反射波长，剔除光纤光栅由于温度变化导致的波长变化影响，由光纤光栅应变传感器监测到的波长变化和光纤光栅温度传感器监测到的温度变化通过公式计算可得到待测材料在低温环境下的应变变化。采用本专利技术的利用光纤光栅测量材料应变的系统，可控制待测材料的升降温速率，可解决现有技术中光纤光栅在低温下测量材料应变时对低温液体冷源的过分依赖，简化实验操作，避免低温液体原材料大量浪费的问题。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本专利技术实施例提供的一种利用光纤光栅测量材料应变的系统的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例测试台的结构示意图；
[0024]图3是本专利技术实施例光纤馈通件、光纤盲板和光纤接头的结构示意图。
[0025]附图标记：
[0026]1：制冷装置；2：测试台；201：传热法兰；202：传热柱；203：传热台；204：传热盖板；301：真空罩；302：屏蔽罩；4：真空泵接口；5：加热片；6：光纤馈通件；7：光纤盲板；8：光纤接头；9：光纤窄缝。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是点连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0029]下面结合图1-图3描述本专利技术实施例的一种利用光纤光栅测量材料应变的系统，包括：制冷装置1、罩体、测试台2、光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器和光纤光栅解调仪，罩体罩设于制冷装置1和测试台2的外侧，测试台2设置于制冷装置1的冷头上，在测试台2内部设置有用于放置光纤光栅温度传感器的光纤窄缝9，光纤光栅解调仪分别与光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器连接，用于采集光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器在温度变化下的光纤反射波长。
[0030]具体地，在本实施例中，制冷装置1采用制冷机，为测试环境提供冷源，罩体提供了封闭空间，减少热量损失，保证测试环境的温度稳定。测试台2主要用于放置待测材料、光纤光栅温度传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用光纤光栅测量材料应变的系统，其特征在于，包括：制冷装置、罩体、测试台、光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器和光纤光栅解调仪，所述罩体罩设于所述制冷装置和所述测试台的外侧，所述测试台设置于所述制冷装置的冷头上，在所述测试台内部设置有用于放置所述光纤光栅温度传感器的光纤窄缝，所述光纤光栅解调仪分别与所述光纤光栅应变传感器、所述光纤光栅温度传感器连接，用于采集所述光纤光栅应变传感器和所述光纤光栅温度传感器在温度变化下的光纤反射波长。2.根据权利要求1所述的利用光纤光栅测量材料应变的系统，其特征在于，所述罩体包括真空罩和屏蔽罩，所述真空罩罩设于所述屏蔽罩的外侧，所述屏蔽罩罩设于所述制冷装置的一级冷头上。3.根据权利要求2所述的利用光纤光栅测量材料应变的系统，其特征在于，在所述真空罩上设置真空泵接口。4.根据权利要求1所述的利用光纤光栅测量材料应变的系统，其特征在于，所述测试台包括传热法兰、传热柱、传热台和传热盖板，所述传热盖板设于所述传热台的顶部，所述光纤窄缝位于所述传热台的顶面，所述传热台依次通过所述传热柱和所述传热法兰连接于所述制冷装置的二级冷头上。5.根据权利要求4所述的利用光纤光栅测量材料应变的系统，其特征在于，还包括加热片，所述加热片与所述制冷装置的二级冷头连接，所述加热片围设于相邻所述传热柱之间。6.根据权利要求1所述的利用光纤光栅测量材料应变的系统，其特征在于，还包括光纤馈通件，所述光纤馈通件贯通于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：董虹妤，刘辉明，黄传军，李来风，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：