CN211477028U - 一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉光纤传感器技术领域，具体涉及一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置。一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，包括支撑单元、光纤应变传感单元、光纤传感器加速应变疲劳试验单元、光纤传感器应变分析装置、光纤传感器应变标定装置，光纤应变传感单元包括等强度梁和布置在等强度梁上的光纤传感器，等强度梁的一端固定在支撑单元上，另一端分别与光纤传感器加速应变疲劳试验单元和光纤传感器应变标定装置连接，光纤传感器与光纤传感器应变分析装置电连接。本实用新型提供的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置精度高，可通过测试数据精确的甄别光纤传感器的使用状态。

Description

一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置

技术领域

本实用新型涉光纤传感器技术领域，具体涉及一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置。

背景技术

重要工程结构的老化伴随着结构智能化的发展趋势，令结构健康监测得到越来越多的重视及发展。光纤传感器具备优秀的抗电磁干扰、抗腐蚀能力，同时有绝缘性好、测量范围宽、便于复用成网、分布式监测等优点，得到世界范围内的广泛关注，目前光纤传感器在桥梁土木、石油化工、航空航天，船舶工业、电气等领域取得了广泛应用，被用于实时监测结构内部应变、应力、裂纹等参数评估结构损伤程度和服役状态，成为传感领域内发展最快的技术之一。

光纤应变传感器在实际工程应用中，光纤传感器长期处于较为恶劣的环境下，在长期的应变疲劳作用下不可避免的出现性能衰退，传感性能逐渐劣化，逐渐失去传感能力，甚至完全失效。因而光纤传感器的可靠性及正常传感寿命在结构健康系统监测过程中就显得非常重要，是构建现代工程智能结构健康系统的关键问题之一。

目前国内围绕光纤应变传感器应变疲劳失效问题研究主要以定性为主，即提出一些指标来表明光纤在应变疲劳作用下逐渐发生衰退。但没有一种科学完整的光纤应变传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，在工程应用中仍然无法定量确定光纤应变传感器可靠传感的极限寿命。

实用新型内容

本实用新型设计了一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，可对光纤传感器实际工程应用的极限寿命进行准确测试。

本实用新型采用如下技术方案：

一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，包括支撑单元、光纤应变传感单元、光纤传感器加速应变疲劳试验单元、光纤传感器应变分析装置、光纤传感器应变标定装置，其中：

光纤应变传感单元包括等强度梁和布置在等强度梁上的光纤传感器，等强度梁的一端固定在支撑单元上，另一端分别与光纤传感器加速应变疲劳试验单元和光纤传感器应变标定装置连接，光纤传感器与光纤传感器应变分析装置电连接；

光纤传感器加速应变疲劳试验单元用于驱动等强度梁振动，带动光纤传感器发生应力疲劳；

光纤传感器应变分析装置用于实时测试光纤传感器的应变；光纤传感器应变标定装置对光纤传感器的应变进行标定，通过光纤传感器应变分析装置得到光纤传感器的理论应变。

进一步的，光纤传感器加速应变疲劳试验单元包括振动电机和加速器电源，振动电机固定在等强度梁的另一端，加速器电源驱动振动电机振动，带动等强度梁振动，光纤传感器在振动电机的振动下产生应力疲劳。

进一步的，光纤传感器应变标定装置包括托盘和砝码，托盘固定在等强度梁的另一端，通过在托盘上加载和卸载砝码对光纤传感器的应变进行标定，通过光纤传感器应变分析装置得到光纤传感器的理论应变。

进一步的，光纤传感器用环氧树脂胶粘贴在等强度梁的上下表面。

进一步的，光纤传感器加速应变疲劳试验单元工作过程中，振动电机与等强度梁发生共振，以振动400万次为一个周期。

进一步的，托盘上每次砝码的加载量为200g，加载次数为5次。

进一步的，等强度梁上布置若干根光纤传感器，每根光纤传感器与光纤传感器应变分析装置电连接。

进一步的，将全部光纤传感器串接形成一根加长光纤传感器，将加长光纤传感器与光纤传感器应变分析装置电连接。

进一步的，将部分光纤传感器串接形成一根加长光纤传感器，将加长光纤传感器和未串接的光纤传感器分别与光纤传感器应变分析装置电连接。

进一步的，支撑单元包括底座和支架，底座为一水平台面，支架与底座垂直，并与底座固定连接，等强度梁与支架的顶端固定连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提供的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置精度高，通过光纤传感器应变分析装置和光纤传感器应变标定装置结合，可利用测试数据精确的甄别光纤传感器的使用状态，明确的显示光纤传感器是处于完全失去传感能力、传输数据不可靠还是正常工作的状态，可实现对光纤传感器应变疲劳极限传感寿命的定量分析；

(2)本实用新型提供的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置结构简单，操作方便，测试成本低。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它附图。

图1为本实用新型公开的光纤传感器应变疲劳过程的装置结构图；

图2为本实用新型公开的光纤传感器传感寿命标定过程装置图；

图3为本实用新型公开的光纤传感器布置方式图；

图4为本实用新型公开的光纤传感器应变疲劳极限寿命评价标准图；

其中，1-光纤传感器应变分析装置，2-等强度梁，3-光纤传感器，4-振动电机，5-加速器电源，6-托盘，7-砝码，8-跳线，9-加长光纤传感器，10-底座，11-支架，12-单膜光纤。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1-2所示，一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，包括支撑单元、光纤应变传感单元、光纤传感器加速应变疲劳试验单元、光纤传感器应变分析装置1、光纤传感器应变标定装置，其中：光纤应变传感单元包括等强度梁2和布置在等强度梁2上的光纤传感器3，等强度梁2的一端固定在支撑单元上，另一端分别与光纤传感器加速应变疲劳试验单元和光纤传感器应变标定装置连接，光纤传感器3与光纤传感器应变分析装置1电连接；光纤传感器加速应变疲劳试验单元用于驱动等强度梁2振动，带动光纤传感器3发生应力疲劳；光纤传感器应变分析装置1用于实时测试光纤传感器3的应变；光纤传感器应变标定装置对光纤传感器的应变进行标定，通过光纤传感器应变分析装置1得到光纤传感器3的理论应变。

进一步的，光纤传感器加速应变疲劳试验单元包括振动电机4和加速器电源5，振动电机4固定在等强度梁2的另一端，加速器电源5驱动振动电机4振动，带动等强度梁2振动，光纤传感器3在振动电机4的振动下产生应力疲劳。

优选的，振动电机4固定在等强度梁2的另一端的前端位置，使振动电机4转动带动等强度梁2振动的过程即光纤传感器应变疲劳的过程更加符合实际工程中光纤传感器的应变疲劳过程。

进一步的，光纤传感器应变标定装置包括托盘6和砝码7，托盘6固定在等强度梁2的另一端，通过在托盘6上加载和卸载砝码7对光纤传感器3的应变进行标定，通过光纤传感器应变分析装置1得到光纤传感器3的理论应变。

进一步的，光纤传感器3用环氧树脂胶粘贴在等强度梁2的上下表面。具体的，作为本实用新型的一种实施方式，将1.2m的等强度梁2固定在支架上，用医用酒精将等强度梁2的梁面擦拭干净，待自然风干。在等强度梁2上布置光纤传感器3，利用水浴加热法进行空间定位。光纤传感器3粘贴前，用酒精将布置位置擦拭干净，光纤传感器3拉直绷紧施加一定预应力，先用环氧树脂胶将光纤传感器3预固定，再用环氧树脂胶进行二次固定，静置24小时即完成粘贴工作。

进一步的，光纤传感器加速应变疲劳试验单元工作过程中，振动电机4与等强度梁2发生共振，以振动400万次为一个周期。将振动电机4固定到等强度梁2的表面前端位置，使振动电机4转动，等强度梁2会产生振动，从而就达到了使光纤发生周期性应力疲劳的目的，调节振动电机4转速就可以调节等强度梁2表面的应变范围，即可调节振动的幅度及频率。当等强度梁2与振动电机4发生共振时，应变幅度最大

进一步的，由于等强度梁2在大应变时的非线性，托盘7上每次砝码的加载量为200g，加载次数为5次。

进一步的，等强度梁2上布置若干根光纤传感器3，光纤传感器3的直径可以为0.1mm、0.7mm、0.9mm、1.5mm，每根光纤传感器3与光纤传感器应变分析装置1电连接。在等强度梁2上同时布置若干根光纤传感器3可实现同时测试不同型号光纤传感器的应变疲劳极限传感寿命。

具体的，如图3所示，将全部光纤传感器3通过跳线8串接形成一根加长光纤传感器9，将加长光纤传感器9与光纤传感器应变分析装置1电连接。

具体的，将部分光纤传感器串接形成一根加长光纤传感器9，将加长光纤传感器9和未串接的光纤传感器3分别与光纤传感器应变分析装置1电连接。

进一步的，支撑单元包括底座10和支架11，底座10为一水平台面，支架11与底座10垂直，并与底座10固定连接，等强度梁2与支架11的顶端固定连接。

本实用新型公开的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置在使用过程中首先用医用酒精擦拭等强度梁2的上表面，使等强度梁2的上表面净化，用环氧树脂胶将光纤传感器3粘贴在等强度梁2的上表面，作为本实用新型的一种实施方式在等强度梁2上间隔布设了四根光纤传感器3，作为本实用新型的一个实施例，光纤传感器3为分布式光纤传感器(传感器型号为NZS-DSS-C07，直径分别为0.1mm、0.7mm、0.9mm和1.5mm，分别标记为光纤1、光纤2、光纤3和光纤4)，每根光纤传感器3与光纤传感器应变分析装置1通过单膜光纤12电连接，作为本实用新型的一种实施方式光纤传感器应变分析装置3为NBX-6055分布式光纤应力分析仪；在等强度梁2远离支架10的一端的前端位置安装振动电机4，加速器电源5驱动振动电机4振动，带动等强度梁2振动，光纤传感器3在振动电机4的振动下产生应力疲劳，调节振动电机4的转速使等强度梁2与振动电机4发生共振，在振动过程中光纤传感器应变分析装置1实时测试光纤传感器3的应变。应变疲劳过程中每隔400万次个循环停机标定光纤传感器3的应变，在停机标定的过程中，拆下振动电机7，保持光纤传感器3与光纤传感器应变分析装置1电连接，在等强度梁2的顶端吊一个托盘6，在托盘6上加载砝码7，每次加载量为200g，加载5次，直到加载到1kg为止，分别对应的应变为47.1με、94.7με、141.7με、188.6με、235.3με，连续测量两个来回的数据，并与光纤传感器应变分析装置1测试数据结合，测试分布式光纤传感器的理论应变。如图4所示，将每次停机测试过程中光纤传感器3的理论应变与振动过程中分布式光纤传感器3的实际应变进行比较得到以疲劳次数为横坐标，满度相对误差为纵坐标的曲线图，其中，光纤1直径为0.1mm，光纤2直径为0.7mm、光纤3直径为0.9mm，光纤4直径为1.5mm。本实用新型的一种实施方式中以满度相对误差变化5％作为阈值，在此线之上表示光纤应变传感器已失效，在此之下表示光纤应变传感器仍能正常工作但接近此线时表明光纤传感器即将失效。即当光纤传感器应变传递相对误差变化到5％时，即可测出光纤应变传感器的应变疲劳极限传感寿命。

光纤传感器应变疲劳极限寿命可以按照以下标准进行评价。根据实验结果将光纤传感器分为三类。

(1)完全失去传感能力的光纤，即解调不出中心频率以及解调出的中心频率明显不对。

(2)传感数据不可靠的光纤，即虽然能解调出中心频率，但是在相同测试条件下，不同疲劳次数测得的灵敏度变化较大，使得传感数据不可靠。

(3)正常工作的光纤，不同疲劳次数，相同测试条件下测得的灵敏度基本不变，此时，传感器归为正常工作的一类。

当疲劳至上亿次时，光纤应变传感器应变传递系数急剧下降，随着疲劳次数的继续增加，光纤传感器的应变传递系数也在不断减小。经过多次实验总结出“光纤应变传感器正常与失效分界线”，该分界线以满度相对误差变化5％作为阈值，在此线之上表示光纤应变传感器已失效即为完全失去传感能力的光纤，接近此线时光纤传感器传输数据不可靠即为传输数据不可靠的光纤，在此线之下并不接近此线表示光纤应变传感器仍能正常工作即为正常的光纤。即当光纤传感器应变传递相对误差变化到到5％时，即可测出光纤应变传感器的应力疲劳极限传感寿命。本领域技术人员在实际测试的过程中可以根据光纤传感器的精度要求合理的选择相对误差变化的阈值。

综上所述，本实用新型公开的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，可根据测试数据明确的显示光纤传感器处于完全失去传感能力、传输数据不可靠还是正常工作的状态。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (10)

1.一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，包括支撑单元、光纤应变传感单元、光纤传感器加速应变疲劳试验单元、光纤传感器应变分析装置、光纤传感器应变标定装置，其中：

所述光纤应变传感单元包括等强度梁和布置在所述等强度梁上的光纤传感器，所述等强度梁的一端固定在所述支撑单元上，另一端分别与所述光纤传感器加速应变疲劳试验单元和光纤传感器应变标定装置连接，所述光纤传感器与所述光纤传感器应变分析装置电连接；

所述光纤传感器加速应变疲劳试验单元用于驱动所述等强度梁振动，带动所述光纤传感器发生应力疲劳，

所述光纤传感器应变分析装置用于实时测试光纤传感器的应变；

所述光纤传感器应变标定装置对所述光纤传感器的应变进行标定，通过所述光纤传感器应变分析装置得到所述光纤传感器的理论应变。

2.根据权利要求1所述的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，所述光纤传感器加速应变疲劳试验单元包括振动电机和加速器电源，所述振动电机固定在所述等强度梁的所述另一端，所述加速器电源驱动所述振动电机振动，带动所述等强度梁振动，所述光纤传感器在所述振动电机的振动下产生应力疲劳。

3.根据权利要求1所述的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，所述光纤传感器应变标定装置包括托盘和砝码，所述托盘固定在所述等强度梁的所述另一端，通过在所述托盘上加载和卸载砝码对所述光纤传感器的应变进行标定，通过所述光纤传感器应变分析装置得到所述光纤传感器的理论应变。

4.根据权利要求1所述的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，所述光纤传感器用环氧树脂胶粘贴在所述等强度梁的上下表面。

5.根据权利要求2所述的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，所述光纤传感器加速应变疲劳试验单元工作过程中，振动电机与所述等强度梁发生共振，以振动400万次为一个周期。

6.根据权利要求3所述的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，所述托盘上每次砝码的加载量为200g，加载次数为5次。

7.根据权利要求4所述的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，所述等强度梁上布置若干根所述光纤传感器，每根所述光纤传感器与所述光纤传感器应变分析装置电连接。

8.根据权利要求7所述的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，将全部所述光纤传感器串接形成一根加长光纤传感器，将所述加长光纤传感器与所述光纤传感器应变分析装置电连接。

9.根据权利要求7所述的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，将部分所述光纤传感器串接形成一根加长光纤传感器，将所述加长光纤传感器和未串接的所述光纤传感器分别与所述光纤传感器应变分析装置电连接。

10.根据权利要求1所述的一种光纤传感器应变疲劳极限传感寿命测试装置，其特征在于，所述支撑单元包括底座和支架，所述底座为一水平台面，所述支架与所述底座垂直，并与所述底座固定连接，所述等强度梁与所述支架的顶端固定连接。

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