CN104729418A - 一种光纤光栅高温应变传感器的标定装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种光纤光栅高温应变传感器的标定装置与方法，属于光纤传感领域，特征为：本发明包括高精度温控箱、等强度悬臂梁、砝码、FBG高温应变传感器、高温应变片、电阻应变仪以及光纤光栅解调仪。本发明所解决的技术问题在于提供一种FBG高温应变传感器的标定装置和方法，解决在高于200℃的环境中应变检测和标定的难题，能够在-20～350℃的温度范围内正常工作，以及能够对测量精度0.5％范围内、应变量程为±1500με的FBG高温应变传感器进行监测和实验标定。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感领域，涉及一种光纤光栅(FBG)高温应变传感器的标定装置与方法。
背景技术
1979年美国航空航天局将光纤传感器首次尝试性地埋入复合材料内部，监测其应变和温度，开辟了光纤传感器的应用之路，光纤传感器由于其独特的优点，逐渐向其它领域扩展：土木工程中对桥梁结构的安全监测是目前FBG传感器应用最多的领域，航空航天中采用FBG传感器对复合材料的实时监测，以及对于海洋工程，FBG传感器是满足海洋环境对其结构进行长期应变监测的理想传感器。
FBG应变传感器是一种实现应变传感的传感器，它通过光波长与应变的线性关系，来实现应变的测量，但其适用领域仍被局限在低于200℃的温度领域。在高于200℃的环境中，应变的检测仍然是是工程上的一个难点，高温会对传感器、测试仪器以及测试数据带来诸多的影响，需要采取有针对性的措施来保证测试方案的可行性和测试数据的准确性。目前FBG传感器需要一种能够在高于200℃温度进行应变检测和标定的实验装置。
本发明提出了一种FBG高温应变传感器标定装置与方法，能够在-20～350℃温度范围内正常工作，以及能够对测量精度0.5％范围内、应变量程为±1500με的FBG高温应变传感器进行实验标定。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种FBG高温应变传感器的实验标定装置，解决在高于200℃的环境中FBG传感应变检测和标定的难题，以及能够对0.5％精度范围内的FBG高温应变传感器进行标定。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一、一种FBG高温应变传感器标定装置：
包括：高精度温控箱，等强度悬臂梁，砝码，FBG高温应变传感器，高温应变片，电阻应变仪以及光纤光栅解调仪。
所述高精度温控箱，工作温度范围为-20～350℃，具备自动温控PID算法，控制精度达到±0.1℃，从开始工作到温度稳定时间小于0.5小时。温控箱顶部有一个引线孔，用于引出传感器和高温应变片的引线；温控箱底部有一个引线孔，用于引出标定块砝码的加载装置。
所述的等强度悬臂梁以及砝码：等强度悬臂梁底座固定在高精度温控箱底部，在-20～350℃温度范围内提供应变，砝码作为标定应变加载载荷。
所述FBG高温应变传感器，工作温度范围为-20～350℃，测量量程±1500με，测量精度低于0.5％。
所述的高温应变片，工作温度范围：-20～350℃，应变量程为±1500με，精度优于1％，要求粘贴在FBG高温应变传感器相同区域，作为实验比对；
所述的电阻应变仪以及光纤光栅解调仪，分别用于读取高温应变片的电阻应变值和FBG高温应变传感器的输出波长值，精度均优于0.1％。
二、一种FBG高温应变传感器标定方法：
将FBG高温应变传感器粘贴在等强度悬臂梁上表面，同时将高温应变片粘贴在与FBG传感器相同区域，将其放置在高精度温控箱内，FBG传感器和高温应变片的引线经由温控箱顶部的引线孔连接到电阻应变仪和光纤光栅解调仪，精确控制高精度温控箱在-20～350℃温度的变化。测试之前，记载光纤光栅解调仪的初始读数，同时对电阻应变仪进行置零。测试时，开始加载砝码，砝码以及高温应变片作为实验测试中所对应的应变标定物，记录电阻应变仪显示的电阻应变值以及相对应的波长值，从而完成标定过程。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
提出了一种FBG高温应变传感器标定装置和方法，解决了-20～350℃温度范围内的FBG传感器表面应变测试，应变量程±1500με，适用于精度低于0.5％的FBG高温应变传感器的标定。
附图说明
图1是本发明的标定装置图。
图中：1为高精度温控箱，2为FBG高温应变传感器，3为高温应变片，4为等强度悬臂梁，5为光纤光栅解调仪，6为电阻应变仪，7为砝码。
图2是本发明的等强度悬臂梁上FBG高温应变传感器和高温应变片的安装位置示意图。
图中：1为等强度悬臂梁，2为FBG高温应变传感器，3为高温应变片。
具体实施方式
下面结合附图和实施对本发明做进一步描述。
如图1所示，本发明包括高精度温控箱1、FBG高温应变传感器2、高温应变片3、等强度悬臂梁4、光纤光栅解调仪5、电阻应变仪6和加载砝码7；高精度温控箱1要求通过其PID自动温控算法，控制精度达到±0.1℃，工作温度范围为.20～350℃，从开始工作到温度稳定时间小于0.5小时；高温FBG应变传感器2的反射率大于90％，适用工作温度范围为-20～350℃，检测应变范围为±1500με；高温应变片3工作温度范围为-20～350℃，阻值为120Ω，检测应变范围为±1500με；等强度悬臂梁4要求在-20～350℃温度范围内，通过标定加载载荷砝码7的加载能够正常提供应变。
如图2所示，将高温FBG应变传感器2贴装在等强度悬臂梁1图示位置，同时将高温应变片3贴装在图示位置。
具体实验过程如下：
将FBG高温应变传感器2连接上光纤光栅解调仪5，高温应变片3通过高温导线连接到电阻应变仪6，电阻应变仪6每次测量前需要置零；等强度悬臂梁4的顶端通过钢丝经过温控箱的底部引线孔引至外部，在外部加载砝码7提供应变。
按照上述过程和图1所示搭建整个实验装置，将高温FBG应变传感器2和高温应变片3分别贴装在等强度悬臂梁4上表面，记录下高温FBG应变传感器2的初始波长。将高精度温控箱1的内部温度在-20～350℃的范围内精确控制，实验过程中，每到温控箱上升到某一温度时，待其稳定后要将电阻应变仪6置零，即排除温度对FBG高温应变传感器2的影响；待高温FBG应变传感器2的波长显示稳定后，开始在温控箱外部进行砝码7加载，同时记录波长值和应变值。每次记录的应变值，即为传感器对应波长所需要的标定值，从而完成标定过程。
Claims (2)
1.一种光纤光栅高温应变传感器的标定装置，其特征在于：包括高精度温控箱1、等强度悬臂梁4、砝码7、FBG高温应变传感器2、高温应变片3、电阻应变仪6以及光纤光栅解调仪5。FBG高温应变传感器2安装在等强度悬臂梁4上表面，连接到光纤光栅解调仪5，高温应变片3通过高温导线连接到电阻应变仪6；等强度悬臂梁4的一端通过钢丝经过温控箱的底部引线孔引至外部，连接标定加载载荷砝码7的加载装置。
2.按权利要求1所述装置的一种光纤光栅高温应变传感器标定方法，其特征在于：将高温FBG应变传感器2和高温应变片3分别贴装在等强度悬臂梁4上表面，记录下高温FBG应变传感器2的初始波长。将高精度温控箱1的内部温度在-20～350℃的范围内精确控制，实验过程中，每到温控箱内部温度上升到某一温度时，待其稳定后要将电阻应变仪6置零，即排除温度对FBG高温应变传感器2的影响；待高温FBG应变传感器2的波长显示稳定后，开始在温控箱外部均匀加载标定加载载荷砝码7，同时记录波长值和应变值。每次记录的应变值，即为传感器对应波长所需要的标定值，从而完成标定过程。
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