CN109682322A - 一种真空环境下实验平台微应变实时监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种真空环境下实验平台微应变实时监测装置，包括真空腔体、实验平台、应变传感器、温度补偿传感器以及光纤光栅分析仪；所述真空腔体为抽真空罐体，所述真空腔体内部设置实验平台，所述实验平台上安装有温度补偿传感器和应变传感器，所述温度补偿传感器将检测的温度数据转换成温度光信号，并通过第一传输光缆将温度光信号输送至位于真空腔体外部的光纤光栅分析仪，所述应变传感器将检测的应变数据转换成应变光信号，并通过第二传输光缆将应变光信号输送至位于真空腔体外部的光纤光栅分析仪。本发明所述装置具有稳定性好、体积小、抗电磁干扰等诸多优点。

Description

一种真空环境下实验平台微应变实时监测装置及方法

技术领域

本发明属于光纤光栅技术领域，具体涉及一种真空环境下实验平台微应变实时监测装置及方法。

背景技术

随着科学的发展，很多光学实验室都使用到了真空腔体，在真空环境下光学实验需要非常高的光学稳定性，这就对光学平台的稳定性提出了很高要求，比如相对于常温条件下平台发生微应变、温度波动、微小振动都会对光学实验带来较大的影响，导致实验数据的偏差或无法正常进行。故对真空环境下平实验台的微应变、温度波动、微小振动的实时监测就变得尤为重要。采用较为成熟的光纤光栅传感技术来监测应变量是比较稳定和有效的手段。

光纤光栅的出现是在光纤领域的一大重要技术突破，对它的研究也已迅速成为国际上光纤器件领域的一个热点。由于光纤光栅具有稳定性好、体积小、抗电磁干扰并易于同光纤系统兼容集成等诸多优点，

它在光纤通讯、光纤传感器等领域具有广泛的应用前景。

光纤光栅（FBG）具备优良的光学特性、对温度、、及安装方便、适应复杂环境等优点，采用FBG测试是各领域温度、应变、振动、加速度、位移的优选测试手段。

应变监测我们采用的是C波段高速光纤光栅分析仪，应变有良好的线性响应函数分析仪主要测试对象为光纤光栅传感器，该仪器可以通过光谱的微小变化，实时、高精度分析和记录传感器的波长变化，间接测量温度、应变、压力、加速度、位移等各种物理量，以实现各种监测应用。相对其它类型FBG分析仪，该型号光纤光栅分析仪结构紧凑，可靠性高，环境适应能力强，应用软件灵活实用。系统兼顾了实验室及实际工程中对动态性能要求较高的（如武器装备等）应用场合、适用于工业控制监测、土木工程结构长期在线监测、电力、石油、航空航天等领域应用需求，广泛应用于桥梁、大坝、隧道、油罐、电缆、开关柜、远距离输油管道等大型结构的长期健康监测、光学器件测试等。应变传感器采用的是ZenOptics130钢表面应变传感器，它是一种高精密的，有低温度敏感特性的光纤 光栅应变传感器。它可将被测体本身的温度特性及传感器本身的温度特性通过自身 结构实现补偿，通过微小的温度修正后能实现精确测试外力对被测体的影响。

光纤光栅技术一般应用在正常环境下测量，但是在真空环境内监测实验平台的微应变使用尚未得到印证。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种真空环境下实验平台微应变实时监测装置及方法。

技术方案：本发明所述一种真空环境下实验平台微应变实时监测装置，包括真空腔体、实验平台、应变传感器、温度补偿传感器以及光纤光栅分析仪；所述真空腔体为抽真空罐体，所述真空腔体内部设置实验平台，所述实验平台上安装有温度补偿传感器和应变传感器，所述温度补偿传感器将检测的温度数据转换成温度光信号，并通过第一传输光缆将温度光信号输送至位于真空腔体外部的光纤光栅分析仪，所述应变传感器将检测的应变数据转换成应变光信号，并通过第二传输光缆将应变光信号输送至位于真空腔体外部的光纤光栅分析仪；所述第一/第二传输光缆均通过特制真空光纤连接器与真空腔体的外壳相连，所述特制真空光纤连接器为完全密封结构，用于第一/第二传输光缆进出真空管径的接口，其设置于真空腔体的外壳上。

优选地，所述实验平台为光学实验平台面包板，所述光学实验平台面包板上固定有温度补偿传感器和应变传感器。

一种利用以上所述装置进行真空环境下实验平台微应变实时监测方法，包括如下步骤：

1）将温度补偿传感器和应变传感器分别与第一/第二传输光缆熔接好，再将第一/第二传输光缆串接在所述真空腔体的特制真空光纤连接器上；

2）将第一/第二传输光缆一头通过跳线连接在光纤光栅分析仪上，再把第一/第二传输光缆另一头连接的温度补偿传感器和应变传感器固定在真空腔体的实验平台上；

3）用电脑连上光纤光栅分析仪，打开电脑上安装的光纤光栅软件，利用光纤光栅软件接收光纤光栅分析仪的温度光信号和应变光信号并调试好实验参数，用电脑上光纤光栅软件实时监测温度和应变的信息情况；

4）将真空腔体所有密封门关好并检查一遍螺丝松紧和各阀门连接；

5）确定一切没问题后，开始抽真空腔体内的真空，在电脑上实时观察真空腔体内温度和应变变化情况并做好记录。

本发明在真空环境下实验平台微应变实时监测方法，使用光纤光栅监测技术可以在真空环境下测量微应变值，并且通过在真空腔体内抽真空的实验过程中，监测到真空腔体内的实验平台发生的微应变变化。

有益效果：（1）本发明在真空环境下实验平台微应变实时监测，使用光纤光栅监测应变技术在真空环境内测量并成功监测到真空腔体即抽真空罐体在抽真空过程中，通过在实验平台上固定温度补偿传感器和应变传感器，并通过第一/第二传输光缆将温度光信号和应变光信号输送至光纤光栅分析仪上，并结合电脑实施监测真空腔体内的实验平台发生的应变情况，本发明方法成功地检测到真空腔体在抽真空过程中，真空腔体内的实验平台发生应变情况。

（2）本发明在真空中使用光纤光栅监测技术对应变有良好的线性响应函数，而且利用本发明所述装置进行监测，本装置通过在真空腔体外壳上设置特制真空光纤连接器，特制真空光纤连接器能够使第一/第二传输光缆进出真空环境，具有稳定性好、体积小、抗电磁干扰并易于同光纤系统兼容集成等优点。

附图说明

图1为本发明所述监测方法的结构框图。

其中，1-真空腔体，2-实验平台，3-特制真空光纤连接器，4-光纤光栅分析仪，5-应变传感器，6-温度补偿传感器，7-第一传输光缆，8-第二传输光缆。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种真空环境下实验平台微应变实时监测装置，包括真空腔体1、实验平台2、应变传感器5、温度补偿传感器6以及光纤光栅分析仪4；所述真空腔体1为抽真空罐体，真空腔体1用于抽真空并提供真空环境，所述真空腔体1内部设置实验平台2，所述实验平台2为光学实验平台面包板，所述实验平台2为在实验过程中接收振动、应变和温度的载体，所述实验平台2上安装有温度补偿传感器6和应变传感器5，所述温度补偿传感器6将检测的温度数据转换成温度光信号，并通过第一传输光缆7将温度光信号输送至位于真空腔体1外部的光纤光栅分析仪4，所述温度补偿传感器6是监测环境温度，用于测量应变时的温度补偿；所述应变传感器5用于监测应变信号，所述应变传感器5将检测的应变数据转换成应变光信号，并通过第二传输光缆8将应变光信号输送至位于真空腔体1外部的光纤光栅分析仪4；所述第一/第二传输光缆均通过特制真空光纤连接器3与真空腔体1的外壳相连，所述特制真空光纤连接器3为完全密封结构，用于第一/第二传输光缆进出真空管径的接口，其设置于真空腔体1的外壳上。

优选地，，所述光学实验平台2面包板上固定有温度补偿传感器6和应变传感器5。

一种利用以上所述装置进行真空环境下实验平台2微应变实时监测方法，包括如下步骤：

1）将温度补偿传感器6和应变传感器5分别与第一/第二传输光缆熔接好，再将第一/第二传输光缆串接在所述真空腔体1的特制真空光纤连接器3上；

2）将第一/第二传输光缆一头通过跳线连接在光纤光栅分析仪4上，再把第一/第二传输光缆另一头连接的温度补偿传感器6和应变传感器5固定在真空腔体1的实验平台2上；

3）用电脑连上光纤光栅分析仪4，打开电脑上安装的光纤光栅软件，利用光纤光栅软件接收光纤光栅分析仪4的温度光信号和应变光信号并调试好实验参数，用电脑上光纤光栅软件实时监测温度和应变的信息情况；

4）将真空腔体1所有密封门关好并检查一遍螺丝松紧和各阀门连接；

5）确定一切没问题后，开始抽真空腔体1内的真空，在电脑上实时观察真空腔体1内温度和应变变化情况并做好记录。

本发明在真空环境下实验平台2微应变实时监测方法，使用光纤光栅监测技术可以在真空环境下测量微应变值，并且通过在真空腔体1内抽真空的实验过程中，监测到真空腔体1内的实验平台2发生的微应变变化。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种真空环境下实验平台微应变实时监测装置，其特征在于：包括真空腔体、实验平台、应变传感器、温度补偿传感器以及光纤光栅分析仪；所述真空腔体为抽真空罐体，所述真空腔体内部设置实验平台，所述实验平台上安装有温度补偿传感器和应变传感器，所述温度补偿传感器将检测的温度数据转换成温度光信号，并通过第一传输光缆将温度光信号输送至位于真空腔体外部的光纤光栅分析仪，所述应变传感器将检测的应变数据转换成应变光信号，并通过第二传输光缆将应变光信号输送至位于真空腔体外部的光纤光栅分析仪；所述第一/第二传输光缆均通过特制真空光纤连接器与真空腔体的外壳相连，所述特制真空光纤连接器为完全密封结构，用于第一/第二传输光缆进出真空管径的接口，其设置于真空腔体的外壳上。

2.根据权利要求1所述的一种真空环境下实验平台微应变实时监测装置，其特征在于：所述实验平台为光学实验平台面包板，所述光学实验平台面包板上固定有温度补偿传感器和应变传感器。

3.一种利用权利要求1所述装置进行真空环境下实验平台微应变实时监测方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将温度补偿传感器和应变传感器分别与第一/第二传输光缆熔接好，再将第一/第二传输光缆串接在所述真空腔体的特制真空光纤连接器上；

2）将第一/第二传输光缆一头通过跳线连接在光纤光栅分析仪上，再把第一/第二传输光缆另一头连接的温度补偿传感器和应变传感器固定在真空腔体的实验平台上；

3）用电脑连上光纤光栅分析仪，打开电脑上安装的光纤光栅软件，利用光纤光栅软件接收光纤光栅分析仪的温度光信号和应变光信号并调试好实验参数，用电脑上光纤光栅软件实时监测温度和应变的信息情况；

4）将真空腔体所有密封门关好并检查一遍螺丝松紧和各阀门连接；

5）确定一切没问题后，开始抽真空腔体内的真空，在电脑上实时观察真空腔体内温度和应变变化情况并做好记录。