CN104483214A - 一种分布式传感光缆疲劳性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
分布式传感光缆疲劳性能测试装置，包括导轨平台、直线电机平台、直线电机、光栅尺及读数头、力传感器、两副三爪卡盘；直线电机平台置于导轨平台上，在直线电机下能沿导轨进行自由的直线运动；一个三爪卡盘固定于导轨的一端，另一个三爪卡盘固定于直线电机平台一侧，两副三爪卡盘在一条直线并固定传感光缆的两端；直线电机在直线电机平台上在一定范围内沿直线自由移动，即进行光缆拉伸试验时的拉伸范围；光栅尺固定于导轨平台的侧面，并设置有两个可活动的读数头装置，用于测量直线电机平台和直线电机的相对坐标位置；通过控制直线电机运动的位移、速度和加速度，对光缆进行反复拉伸。
Description
一、技术领域
发明涉及分布式传感光缆的性能测试技术方法，通过控制直线电机的运动，使待测光缆进行指定模式的拉伸运动，以检验光缆在反复拉伸运动之后的疲劳强度，从而对光缆的传感性能进行评估，属于测试装置的技术领域。
二、背景技术
分布式光纤传感技术是目前广泛应用于建筑、隧道、堤坝、边坡等构筑物的安全监测中的新兴技术，以其全分布、高效、稳定、实时等独特的技术优点而受到越来越多的关注。传感光缆是光纤传感技术的主体，其性能对于监测的准确性以及持久性有着决定性的作用，但目前对于传感光缆的疲劳性能的研究较少，难以确定光缆在长时间工作后的状态。因此，需要研发传感光缆疲劳性能的测试装置，以及时对处于长期工作中的光缆状态进行判断，并以此为依据不断改造优化传感光缆的性能。
本发明正是基于以上目的而研发的专门用于测试分布式传感光缆的疲劳性能的装置，为传感光缆疲劳性能的评估及为相关工程应用提供依据。
三、发明内容
本发明的目的是：通过直线电机的直线往复运动，对光缆进行反复的拉伸试验，模拟光缆在长时间使用后的物理状态，以检验分布式传感光缆的疲劳性能，从而对光缆本身性能加以评估并依此提出改进建议。
本发明的目的是这样实现的：分布式传感光缆疲劳性能测试装置，包括导轨平台、直线电机平台、直线电机、光栅尺及读数头、力传感器、两副三爪卡盘；直线电机平台置于导轨平台上，在直线电机下能沿导轨进行自由的直线运动；一个三爪卡盘固定于导轨的一端，另一个三爪卡盘固定于直线电机平台一侧，两副三爪卡盘在一条直线并固定传感光缆的两端；直线电机在直线电机平台上在一定范围内沿直线自由移动(其最大活动范围为405mm)，即进行光缆拉伸试验时的拉伸范围；光栅尺固定于导轨平台的侧面，并设置有两个可活动的读数头装置，其中一个与直线电机平台相连并固定，一个与直线电机相连并固定，用于测量直线电机平台和直线电机的相对坐标位置(可在界面显示和控制)；直线电机的驱动器配备有力传感器装置，实时测量光缆的拉力(可在界面显示和控制)；进行光缆的疲劳性能测试时，将直线电机平台的位置固定，调整直线电机的初始位置，后利用三爪卡盘将光缆咬合固定，通过控制直线电机运动的位移、速度和加速度，对光缆进行反复拉伸。
直线电机的驱动器配备力传感器装置是由直线电机的驱动电流来显示或通过在三爪卡盘固定一力传感器实现拉力的量测。
另还包括电控箱、电缆以及机械、电气附件等配件；测试光缆由三爪卡盘固定，咬合紧密程度可通过扭力扳手调控。
可根据需测试光缆的长度自由设置直线电机平台的位置，以满足不同测试长度的要求。
直线电机的空间位置由光栅尺读数装置来测定，且可基于光栅尺读数以及力传感器读数进行直线电机的运动控制。
可根据待测光缆的情况调换适宜的力传感器，以获得更为准确的测量结果。
拉伸试验进行过程中的直线电机位移和速度、光缆拉力等参数均可以数字或图像的形式在控制界面上实现输出，以方便后续分析与研究工作。
将直线电机平台位置固定，调整直线电机的初始位置，将光缆由两副三爪卡盘固定两端，驱动直线电机对光缆进行直线拉伸往复运动，以测试光缆的疲劳性能；直线电机运动过程中的位移、速度、加速度、光缆拉力等参数由传感系统实时地反馈到用户界面上。直线电机平台用于调整传感光缆拉伸长度，当直线电机发生往复的直线运动时，传感光缆便发生反复的拉伸运动。通过相关设备对反复拉伸前后传感光缆的应变分布进行检验，便可对传感光缆的疲劳性能做出评估。
分布式传感光缆疲劳性能测试方法，在上述装置基础上，通过计算机软件操控直线电机带动三爪卡盘进行往复直线运动，对传感光缆进行重复拉伸试验。试验装置中的力传感器与光栅读数装置实时反馈直线电机的相关运动参数，以了解传感光缆的运动状态。本发明以此测试分布式传感光缆的疲劳性能，评价传感光缆在工程实践中，由于受到长期地反复拉伸造成的传感性能的变化，为分布式光纤传感技术应用提供必要的试验依据。
直线电机的运动由计算机通过软件控制，可通过设置直线电机运动的速度、位移、振幅及频率、拉力或通过文件自定义运动轨迹等进行多种模式的测试工作，以满足不同要求下的光缆疲劳性能测试。
本发明有如下效果,与传统的光缆拉伸试验装置相比较：采用直线电机用于检测就有意想不到的效果，其它优点如下。
1、本发明可以在较大的范围内对光缆进行拉伸试验，对力和光缆伸缩的长度均有高精度的测量并能够显示，最大试验光缆长度可达2000mm，并且可以在此范围之内根据需要自由地调控适合的试验光缆长度。光缆的拉伸量最大为405mm，可满足目前大部分光缆应变测试的要求。
2、通过与直线电机控制器相连的软件，可进行多种模式下的拉伸试验。可通过设置直线电机的运动的位移、速度、加速度、往复运动的振幅及频率或是自由设定运动轨迹等多种途径，实现不同需求下的光缆拉伸试验，以满足不同工程、工况的应用要求。
3、本发明进行拉伸试验过程中，直线电机的运动由计算机软件进行控制，试验中的相关参数通过力传感装置与光栅尺读数装置实时反馈到用户界面中，实现了传感光缆拉伸试验的自动化与精确化。
4、直线电机的持续拉力为2230N，峰值拉力为7433N，重复定位精度为±0.005mm，光栅尺分辨率为0.001mm，可测试光缆直径为1～30mm。
四、附图说明
图1为本发明装置的主体视图。
图中包括1直线电机、2直线电机平台、3光栅尺读数装置、4力传感器、5三爪卡盘、6导轨平台。
五、具体实施方式
本实验装置主要由直线电机装置、光栅尺读数装置以及导轨平台与三爪卡盘组成。导轨平台固定于钢制的工作台上，导轨的一端设置一副三爪卡盘，直线电机平台置于导轨上且可自由运动。直线电机平台上设置另一副三爪卡盘以及直线电机驱动装置，同时该三爪卡盘上附带了一套力传感器。光栅读数装置包括一条光栅尺以及两个读数头装置，光栅固定于导轨平台的侧面，两个读数头装置一个固定于直线电机平台上，另一固定于直线电机上，均随相连装置的运动而运动。
直线电机的驱动器配备力传感器装置是由直线电机的驱动电流来显示。或者是三爪卡盘固定一应力传感器通过应变测量拉力。直线电机的品牌PARKER，型号R16-3A-NC-MS。三爪卡盘的型号K11-125。三爪卡盘上也可以设有定制的力传感器。此测力传感器和驱动电流没关系。是通过在三爪卡盘固定一力传感器实现拉力的量测。
进行光缆拉伸试验时，首先调整直线电机平台在导轨上的位置，以满足目标测试光缆的长度，并用配备的金属块与螺栓将直线电机平台固定于导轨平台上。再将目标测试光缆穿过两副三爪卡盘的通孔，应保证光缆的平直，同时通过扭力扳手调整三爪卡盘咬紧光缆，扭力大小应根据光缆类型确定，要保证光缆不因发生过大的挤压变形而无法采集光缆应变数据。装置通电后，启动并控制与装置相连的软件，在软件的控制界面上根据试验要求设置直线电机的运动模式。直线电机的运动状态，由光栅尺读数装置实时地反馈到控制界面。同时，拉伸试验进行过程中的光缆拉力由与三爪卡盘相连的拉力传感器装置(或通过直线电机的张力成比例关系的电流)反馈到控制界面，也可以根据光缆拉力对直线电机的运动状态进行控制。
Claims (7)
1.分布式传感光缆疲劳性能测试装置，其特征是包括导轨平台、直线电机平台、直线电机、光栅尺及读数头、力传感器、两副三爪卡盘；直线电机平台置于导轨平台上，在直线电机下能沿导轨进行自由的直线运动；一个三爪卡盘固定于导轨的一端，另一个三爪卡盘固定于直线电机平台一侧，两副三爪卡盘在一条直线并固定传感光缆的两端；直线电机在直线电机平台上在一定范围内沿直线自由移动，即进行光缆拉伸试验时的拉伸范围；光栅尺固定于导轨平台的侧面，并设置有两个可活动的读数头装置，其中一个与直线电机平台相连并固定，一个与直线电机相连并固定，用于测量直线电机平台和直线电机的相对坐标位置；直线电机的驱动器配备力传感器装置，实时测量光缆的拉力；进行光缆的疲劳性能测试时，将直线电机平台的位置固定，调整直线电机的初始位置，后利用三爪卡盘将光缆咬合固定，通过控制直线电机运动的位移、速度和加速度，对光缆进行反复拉伸。
2.根据权利要求1所述的分布式传感光缆疲劳性能测试装置，其特征是测试光缆由三爪卡盘固定，三爪卡盘咬合紧密程度通过扭力扳手调控。
3.根据权利要求1所述的分布式传感光缆疲劳性能测试装置，其特征是根据需测试光缆的长度自由设置直线电机平台的位置，以满足不同测试长度的要求。
直线电机的空间位置由光栅尺读数装置来测定，且可基于光栅尺读数以及力传感器读数进行直线电机的运动控制。
4.根据权利要求1所述的分布式传感光缆疲劳性能测试装置，其特征是根据待测光缆的情况调换适宜的力传感器，以获得更为准确的测量结果。
5.根据权利要求1所述的分布式传感光缆疲劳性能测试装置，其特征是拉伸试验进行过程中的直线电机位移和速度、光缆拉力参数均可以数字或图像的形式在控制界面上实现输出，以方便后续分析与研究工作。
6.根据权利要求1所述的分布式传感光缆疲劳性能测试装置，其特征是直线电机的运动由计算机通过软件编程控制，通过设置直线电机运动的速度、位移、振幅及频率、拉力或通过文件自定义运动轨迹等进行多种模式的测试工作，以满足不同要求下的光缆疲劳性能测试。
7.根据权利要求1所述的分布式传感光缆疲劳性能测试装置，其特征直线电机的驱动器配备力传感器装置是由直线电机的驱动电流来显示或通过在三爪卡盘固定一力传感器实现拉力的量测。
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