CN105180824A - 一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，属于计量器具领域。调整装置内设压电陶瓷驱动装置和标准应变杆，电陶瓷驱动装置和标准应变杆之间设有金属垫块；金属垫块上方至少设有二个激光位移传感器，激光位移传感器与计算机连接，计算机通过驱动控制器与电陶瓷驱动装置连接。本发明通过压电陶瓷作为驱动器，驱动力、频率可调；压电陶瓷驱动装置可实现kHz级频率的振动，使得应变杆材料产生较高频率的应变；标准应变杆材料的正反两个方向的应变上限值可通过压紧装置的调整螺丝进行调节；通过激光位移传感器进行测量对幅值进行闭环调节。

Description

一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置
技术领域
本发明涉及一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，属于计量器具领域。
背景技术
光纤光栅动态应变测量技术因其抗干扰的特性，主要用于复杂环境下应变测量工作，针对其的动态校准技术用于保证测量系统的准确度和可靠性。
应变校准技术主要由不同原理的应变校准仪来实现。应变校准仪可用于由应变电阻或光纤光栅应变传感器构成应变测量系统的校准工作，但是由于其原理的不同。低频动态信号的校准目前仅限于静态梁结构产生静态的标准应变信号实现的校准。高频动态应变信号的校准装置仅能通过对传感器和应变仪（或光纤光栅解调仪）实现分步校准。
以上校准系统的不足：
1、静态梁结构可以产生标准应变信号，但是由于其结构特性，仅能产生静态拉压信号，无法产生更高频率的幅值可控标准动态应变信号。
2、静态梁结构产生的标准应变方向切换调整装置过程缓慢，无法快速切换方向；
3、动态电阻应变仪可以实现电阻应变传感器的动态校准，但是因为其是电信号的校准过程，不产生标准的动态应变信号，因此不适用于光纤光栅应变传感器构成应变测量系统；
4、针对高频动态应变信号的校准无法产生高频的标准动态应变信号，因此实现的是分步校准，系统测量不确定度仅能通过合成计算获得，无法通过直接校准获得。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，用于产生标准动态应变信号，可实现动态应变测量装置的校准过程。
本发明通过以下技术方案完成：
一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，包含调整装置，调整装置内设压电陶瓷驱动装置和标准应变杆，电陶瓷驱动装置和标准应变杆之间设有金属垫块；金属垫块上方至少设有二个激光位移传感器，激光位移传感器与计算机连接，计算机通过驱动控制器与电陶瓷驱动装置连接。
所述调整装置包括调整螺丝，所述调整螺丝两端分别设有压紧盘，包括：上压紧盘和下压紧盘，上压紧盘的底表面上固定安装有电陶瓷驱动装置，下压紧盘放置有标准应变杆。
所述压电陶瓷驱动装置包括：至少三个压电陶瓷。
所述压电陶瓷驱动装置与金属垫块呈点接触。
所述压电陶瓷驱动装置可由电磁式驱动装置代替。
所述激光位移传感器可由其它非接触式的位移传感器代替。
所述计算机用于接收激光位移传感器测量信号作为反馈来控制压电陶瓷驱动装置和驱动控制器。
本发明的优点：
1.通过压电陶瓷作为驱动器，驱动力、频率可调；
2.压电陶瓷驱动装置可实现kHz级频率的振动，使得应变杆材料产生较高频率的应变；
3.标准应变杆材料的正反两个方向的应变上限值可通过压紧装置的调整螺丝进行调节；
4.通过激光位移传感器进行测量对幅值进行闭环调节。
附图说明：
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式：
实施例1
本发明调整装置包括调整螺丝1，所述调整螺丝1两端分别设有压紧盘2，压紧盘2包括：上压紧盘和下压紧盘，上压紧盘的底表面上固定安装压电陶瓷驱动装置3，电陶瓷驱动装置3为三个压电陶瓷，下压紧盘放置有标准应变杆6，压电陶瓷与标准应变杆6间设有金属垫块5；压电陶瓷驱动装置3与金属垫块5呈点接触，金属垫块5与标准应变杆6呈面接触，金属垫块5上方设有三个激光位移传感器，激光位移传感器与计算机连接，计算机通过驱动控制器4分别与三个压电陶瓷连接。
工作时，根据所要产生的标准应变信号的变化范围和频率，计算调整螺丝1所施加的预紧力大小和驱动控制器4的控制信号大小，计算完成后，通过调整螺丝1施加计算好的预紧力，调整所产生标准应变信号的起始应变。开启驱动控制器4，给压电陶瓷驱动装置3控制信号，压电陶瓷驱动装置3开始振动，同时通过三点推动金属垫块5，金属垫块5通过面接触对标准应变杆6施加一定频率的压力，产生压应变。当压电陶瓷驱动装置3按驱动信号的曲线减小时，由标准应变杆6因自身的力学性能回弹，产生相对于标准应变杆6起始位置的拉向应变。如此交替往复，标准应变杆6产生持续的动态应变。
标准应变杆6产生持续的动态应变时，由三个激光位移传感器7构成的位移测量组合测量金属垫块5三个方向等长度点上的高度，并反馈至计算机8，由计算机8进行计算，并调整压电陶瓷驱动装置3中各个方向压电陶瓷的控制电压，从而稳定标准应变杆6的振动幅度，并减小各个方向的振动幅度偏差，从而产生动态的标准应变值。
工作时，被校的动态应变测量系统的测量前端光纤光栅应变传感器粘贴于标准应变杆6上，通过比对标准应变信号与被校的动态应变测量系统所测量的动态应变信号，实现校准过程。
本发明中的压电陶瓷驱动装置3可由电磁式驱动装置代替；激光位移传感器可由其它非接触式的位移传感器代替。

Claims (7)

1.一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，包含调整装置，其特征在于，调整装置内设压电陶瓷驱动装置(3)和标准应变杆(6)，电陶瓷驱动装置(3)和标准应变杆(6)之间设有金属垫块(5)；金属垫块(5)上方至少设有二个激光位移传感器，激光位移传感器与计算机连接，计算机通过驱动控制器(4)与电陶瓷驱动装置(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，其特征在于，所述调整装置包括调整螺丝（1），所述调整螺丝(1)两端分别设有压紧盘(2)，包括：上压紧盘和下压紧盘，上压紧盘的底表面上固定安装有电陶瓷驱动装置(3)，下压紧盘放置有标准应变杆(6)。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，其特征在于，所述压电陶瓷驱动装置(3)包括：至少三个压电陶瓷。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，其特征在于，压电陶瓷驱动装置(3)与金属垫块(5)呈点接触。
5.根据权利要求4所述的一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，其特征在于，压电陶瓷驱动装置可由电磁式驱动装置代替。
6.根据权利要求1所述的一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，其特征在于，激光位移传感器可由其它非接触式的位移传感器代替。
7.根据权利要求1所述的一种用于高频光纤光栅应变测量系统的动态校准装置，其特征在于，计算机（8）用于接收激光位移传感器（7）测量信号作为反馈来控制压电陶瓷驱动装置(3)和驱动控制器(4)。
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