CN114941996A

CN114941996A - 一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统

Info

Publication number: CN114941996A
Application number: CN202210881939.8A
Authority: CN
Inventors: 温志勋; 郑旭光; 杨瑞宁; 王俊东; 刘雅婷; 岳珠峰
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2042-07-26
Also published as: CN114941996B

Abstract

本发明公开了一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，涉及应变测量技术领域，包括应变转换机构，设置在圆棒疲劳试样的标距段，所述应变转换机构能够补齐圆棒疲劳试样的标距段和螺纹段之间的半径差以使得圆棒疲劳试样的标距段和螺纹段齐平；光纤传感器，粘贴在所述应变转换机构上，所述光纤传感器用于测量圆棒疲劳试样的应变数值；本发明实施例可以将疲劳试件的应变转换到应变转换机构上，方便光纤传感器粘贴，使光纤传感器不发生弯折，不易损坏。

Description

一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统

技术领域

本发明涉及应变测量技术领域，尤其是涉及一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统。

背景技术

在光纤传感器领域，由于低损耗光纤的问世，使得光纤传感器技术在研究和应用方面取得了重大进步，并使得光纤传感器成为新一代传感器的研发方向之一。光纤传感器的特点是传感合一，信息的获取以及传输都在光纤中。由于具有型化传感、高对比度的传输光谱、可调自由谱范围等特点，F-P传感器使得其研究和应用发展迅速，不断取得重大突破。F-P传感器拥有高分辨率、高灵敏度、耐高温、抗腐蚀、抗电磁干扰等优点。且相较于传统的光纤布拉格光栅，F-P的体型更短（μm级），能实现更精确的点测量，特别适合对传感器体积要求小且集成化要求高的领域，如机械故障监测中狭窄的齿轮的齿根应力分布或发动机叶片的孔边应力测量。

在航空发动机/燃气机涡轮工作叶片研制方面，为了提高涡轮叶片的安全可靠性、延长其寿命，必须准确测量、研究分析涡轮叶片的温度分布、应力/应变分布规律，以便在叶片材料、冷却、结构、工艺、安装上采取有效的措施。疲劳试件为圆柱型试件，且标距段直径比两端螺纹段直径小很多，这就导致粘贴传感器时会使玻璃管两端的光纤发生弯折，导致传感器在安装及测量过程中极易发生损坏，且弯折会导致传感器出现测量误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，以解决现有技术中光纤传感器粘贴在圆棒疲劳试样容易发生弯折的技术问题。

本发明提供一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，包括：

应变转换机构，设置在圆棒疲劳试样的标距段，所述应变转换机构能够补齐圆棒疲劳试样的标距段和螺纹段之间的半径差以使得圆棒疲劳试样的标距段和螺纹段齐平；

光纤传感器，粘贴在所述应变转换机构上，所述光纤传感器用于测量圆棒疲劳试样的应变数值。

进一步，所述应变转换机构包括补平件以及一对一地连接在所述补平件两端的第一夹持件和第二夹持件，所述第一夹持件和所述第二夹持件分别与所述圆棒疲劳试样标距段的两端连接，所述光纤传感器粘贴在所述补平件远离所述第一夹持件和所述第二夹持件的一面。

进一步，在所述第一夹持件和所述第二夹持件的夹持面上均安装有防滑胶垫。

进一步，所述第一夹持件包括呈半圆环状的第一固定夹扣和第一活动夹扣，所述第一固定夹扣和所述补平件固定连接，所述第一活动夹扣和所述补平件铰接，所述第一固定夹扣和所述第一活动夹扣远离所述补平件的一端通过第一螺栓连接。

进一步，所述第二夹持件包括呈半圆环状的第二固定夹扣和第二活动夹扣，所述第二固定夹扣和所述补平件固定连接，所述第二活动夹扣和所述补平件铰接，所述第二固定夹扣和所述第二活动夹扣远离所述补平件的一端通第二螺栓连接。

进一步，所述补平件包括两个第一平台和第二平台，所述第一平台和所述第一夹持件连接，所述第二平台和所述第二夹持件连接，所述第一平台和所述第二平台之间滑动连接以使得所述第一平台和所述第二平台之间的间距可调。

进一步，在所述第一平台上开设有贯通的滑槽，在所述第二平台上设置有与所述滑槽相匹配的轴柱。

进一步，所述光纤传感器为F-P光纤传感器。

进一步，所述第一平台的长度大于所述第二平台，所述第一平台用于粘贴F-P光纤传感器的玻璃管和反射光纤，所述第二平台用于粘贴F-P光纤传感器的的入射光纤。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

（1）本发明实施例可以将疲劳试件的应变转换到应变转换机构上，方便光纤传感器粘贴，使光纤传感器不发生弯折，不易损坏；

（2）本发明实施例中的第一平台和第二平台之间的距离可以随意调节，从而使得应变转换机构可以适应于不同长度的标距段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例提供的圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统的整体结构示意图。

附图标记：

100、补平件；110、第一平台；120、第二平台；210、第一夹持件；211、第一固定夹扣；212、第一活动夹扣；213、第一螺栓；220、第二夹持件；221、第二固定夹扣；222、第二活动夹扣；223、第二螺栓。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，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，也可以是电连接；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发明中的具体含义。

下面结合图1所示，本发明实施例提供了一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，由于疲劳试件为圆柱型试件，且标距段直径比两端的螺纹段直径小很多，这就导致粘贴传感器时会使玻璃管两端的光纤发生弯折，导致传感器在安装及测量过程中极易发生损坏，且弯折会导致传感器出现测量误差。

因此本发明实施例的特征之处在于，在圆棒疲劳试样的标距段设置了应变转换机构，所述应变转换机构能够补齐圆棒疲劳试样的标距段和螺纹段之间的半径差以使得圆棒疲劳试样的标距段和螺纹段齐平；再将光纤传感器粘贴在所述应变转换机构上，方便传感器粘贴，使传感器不发生弯折，不易损坏，通过光纤传感器测量圆棒疲劳试样的应变数值。

这里的应变转换机构可以是任意一种结构一端与圆棒疲劳试样的标距段连接，另一端能够与螺纹段的外表面齐平，方便传感器的粘贴即可。

在本发明实施例中，应变转换机构包括补平件100以及一对一地连接在所述补平件100两端的第一夹持件210和第二夹持件220，所述第一夹持件210和所述第二夹持件220分别与所述圆棒疲劳试样标距段的两端连接，所述光纤传感器粘贴在所述补平件100远离所述第一夹持件210和所述第二夹持件220的一面。

具体地，为了避免第一夹持件210和第二夹持件220对圆棒疲劳试样本身造成刚性损坏，因此可在所述第一夹持件210和所述第二夹持件220的夹持面上均安装有防滑胶垫。

这里的第一夹持件210和第二夹持件220可以是任意一种能够实现与标距段固定的结构即可，本发明实施例给出了其中一种优选的结构，所述第一夹持件210包括呈半圆环状的第一固定夹扣211和第一活动夹扣212，所述第一固定夹扣211和所述补平件100固定连接，所述第一活动夹扣212和所述补平件100铰接，所述第一固定夹扣211和所述第一活动夹扣212远离所述补平件100的一端通过第一螺栓213连接。

所述第二夹持件220包括呈半圆环状的第二固定夹扣221和第二活动夹扣222，所述第二固定夹扣221和所述补平件100固定连接，所述第二活动夹扣222和所述补平件100铰接，所述第二固定夹扣221和所述第二活动夹扣222远离所述补平件100的一端通第二螺栓223连接。

通过两个圆环卡扣的卡接方式可以适用于不同直径的标距段，且能够开合方便的夹持在标距段处。

另外，为了使本发明实施例中的补平件100适用于不同长度的标距段，所述补平件100包括两个第一平台110和第二平台120，所述第一平台110和所述第一夹持件210连接，所述第二平台120和所述第二夹持件220连接，所述第一平台110和所述第二平台120之间滑动连接以使得所述第一平台110和所述第二平台120之间的间距可调。

具体地滑动连接方式采取在所述第一平台110上开设有贯通的滑槽，在所述第二平台120上设置有与所述滑槽相匹配的轴柱。

这里需要说明的是，为了使补平件100也适用于不同半径差的试样，也可以将补平件100的厚度也设计为可调节式，例如借鉴与伸缩套筒的结构设计，在此不作过多赘述。

在做热机械疲劳试验时，会伴随有温度循环，有时温度可达到上千摄氏度，光纤传感器受温度影响小，在高温环境下测量应变比较准确，使用其他测应变方法往往有较大误差，所以目前有课题在研究使用光纤传感器对热机械疲劳试样进行应变测量。FBG传感器不易损坏，受弯折影响小，但其量程较小，对于热机械疲劳这种大应变试验无法胜任。F-P传感器量程大，因此要使用F-P传感器对热机械疲劳试件进行应变测量。

在实际粘贴过程中，可将第一平台110和第二平台120设计为长度不一，例如第一平台110的长度设计为大于所述第二平台120，所述第一平台110用于粘贴F-P光纤传感器的玻璃管和反射光纤，所述第二平台120用于粘贴F-P光纤传感器的的入射光纤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，其特征在于，包括：

应变转换机构，设置在圆棒疲劳试样（300）的标距段，所述应变转换机构能够补齐圆棒疲劳试样（300）的标距段和螺纹段之间的半径差以使得圆棒疲劳试样（300）的标距段和螺纹段齐平；

光纤传感器，粘贴在所述应变转换机构上，所述光纤传感器用于测量圆棒疲劳试样（300）的应变数值。

2.根据权利要求1所述的一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，其特征在于：所述应变转换机构包括补平件（100）以及一对一地连接在所述补平件（100）两端的第一夹持件（210）和第二夹持件（220），所述第一夹持件（210）和所述第二夹持件（220）分别与所述圆棒疲劳试样（300）标距段的两端连接，所述光纤传感器粘贴在所述补平件（100）远离所述第一夹持件（210）和所述第二夹持件（220）的一面。

3.根据权利要求2所述的一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，其特征在于：在所述第一夹持件（210）和所述第二夹持件（220）的夹持面上均安装有防滑胶垫。

4.根据权利要求2所述的一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，其特征在于：所述第一夹持件（210）包括呈半圆环状的第一固定夹扣（211）和第一活动夹扣（212），所述第一固定夹扣（211）和所述补平件（100）固定连接，所述第一活动夹扣（212）和所述补平件（100）铰接，所述第一固定夹扣（211）和所述第一活动夹扣（212）远离所述补平件（100）的一端通过第一螺栓（213）连接。

5.根据权利要求2所述的一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，其特征在于：所述第二夹持件（220）包括呈半圆环状的第二固定夹扣（221）和第二活动夹扣（222），所述第二固定夹扣（221）和所述补平件（100）固定连接，所述第二活动夹扣（222）和所述补平件（100）铰接，所述第二固定夹扣（221）和所述第二活动夹扣（222）远离所述补平件（100）的一端通第二螺栓（223）连接。

6.根据权利要求2所述的一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，其特征在于：所述补平件（100）包括两个第一平台（110）和第二平台（120），所述第一平台（110）和所述第一夹持件（210）连接，所述第二平台（120）和所述第二夹持件（220）连接，所述第一平台（110）和所述第二平台（120）之间滑动连接以使得所述第一平台（110）和所述第二平台（120）之间的间距可调。

7.根据权利要求6所述的一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，其特征在于：在所述第一平台（110）上开设有贯通的滑槽，在所述第二平台（120）上设置有与所述滑槽相匹配的轴柱。

8.根据权利要求6所述的一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，其特征在于：所述光纤传感器为F-P光纤传感器。

9.根据权利要求8所述的一种圆棒疲劳试样光纤光栅应变测量系统，其特征在于：所述第一平台（110）的长度大于所述第二平台（120），所述第一平台（110）用于粘贴F-P光纤传感器的玻璃管和反射光纤，所述第二平台（120）用于粘贴F-P光纤传感器的的入射光纤。