本發(fā)明涉及一種基于光纖傳感器高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量方法，屬于測試
技術(shù)領(lǐng)域：
。技術(shù)背景工程上經(jīng)常需要通過測試零件、結(jié)構(gòu)的受力和工作狀態(tài)，確定應(yīng)力、應(yīng)變、載荷等力學(xué)參數(shù)，用以解決工程結(jié)構(gòu)和機械的強度剛度的問題。例如，航空發(fā)動機中的熱端部件在工作過程中承受著極為嚴(yán)酷、復(fù)雜的熱力載荷，高溫會顯著降低材料的強度極限和結(jié)構(gòu)的承載能力，通過對熱端部件進(jìn)行應(yīng)變測量分析，解決高溫下結(jié)構(gòu)的可靠性問題已成為事關(guān)航空發(fā)動機研制成敗的關(guān)鍵。在高溫環(huán)境下，試驗件和應(yīng)變計的材料屬性發(fā)生變化，會導(dǎo)致應(yīng)變計的靈敏度系數(shù)改變、熱輸出和熱滯后增加，從而影響應(yīng)變測量精度。因此，高溫對傳感器及測試數(shù)據(jù)帶來諸多影響使得高溫應(yīng)變的測量成為測試的難點。為此，國內(nèi)外開展了很多針對高溫環(huán)境下應(yīng)變測量方法的研究。如，申請專利號為cn200710168994.8的專利提供了一種能準(zhǔn)確測量高溫應(yīng)力應(yīng)變的方法，該專利采用高溫應(yīng)變片進(jìn)行高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量，通過高溫老化處理及熱輸出標(biāo)定，得到穩(wěn)定的高溫應(yīng)變片熱輸出曲線，對不同溫度下的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到應(yīng)變值，進(jìn)而計算應(yīng)力。申請專利號為cn201310527017.8的專利提供了一種光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置及其安裝方法，該專利采用雙光柵光纖結(jié)構(gòu)，由溫度參考光柵對應(yīng)變傳感光柵進(jìn)行溫度補償，同時采用反射輻射及隔熱方法，降低試驗中光柵承受溫度，從而提高光柵的使用溫度。綜上所述，現(xiàn)有高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量方法主要是通過溫度補償提高應(yīng)變測量精度，例如采用標(biāo)準(zhǔn)裝置標(biāo)定得到傳感器在不同溫度下的應(yīng)變靈敏系數(shù)、熱輸出及熱滯后等參數(shù)曲線，用于對應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而得到應(yīng)變值。但是，一方面，傳感器標(biāo)定引入的誤差會通過應(yīng)變數(shù)據(jù)的修正帶入計算結(jié)果；另一方面，在高溫環(huán)境下被測件材料屬性的變化也會引入大量的隱含誤差源，這是目前高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量方法所無法解決的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了提高高溫環(huán)境下應(yīng)變測量的精度，減少高溫環(huán)境下被測件材料屬性變化引入的隱含誤差，避免傳感器標(biāo)定過程中的引入誤差，提出了一種基于光纖傳感器高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量方法。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種基于光纖傳感器高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量方法，所涉及符號的物理意義如表1所示，包含以下步驟：表1符號物理意義表序號符號物理意義1xε0光纖應(yīng)變傳感器在實測試驗前輸出信號值2xt0光纖溫度傳感器在實測試驗前輸出信號值3xε1光纖應(yīng)變傳感器在實測環(huán)境下輸出信號值4xt1光纖溫度傳感器在實測環(huán)境下輸出信號值5xε2光纖應(yīng)變傳感器在模擬試驗前輸出信號值6xt2光纖溫度傳感器在模擬試驗前輸出信號值7xε3光纖應(yīng)變傳感器在模擬環(huán)境下輸出信號值8xt3光纖溫度傳感器在模擬環(huán)境下輸出信號值9t0在模擬環(huán)境下，當(dāng)xt2＝xt0時，加載的溫度值10t1在模擬環(huán)境下，當(dāng)xt3＝xt1時，加載的溫度值11α標(biāo)準(zhǔn)件在20～t1溫度下，線膨脹系數(shù)12ε1標(biāo)準(zhǔn)件在t1溫度下，機械力加載產(chǎn)生的應(yīng)變13εt標(biāo)準(zhǔn)件在t1溫度下，由于線膨脹產(chǎn)生的應(yīng)變14ε高溫環(huán)境下應(yīng)變測量值1)測試工作環(huán)境下應(yīng)變測量a)設(shè)計被測試件試驗點位置：通過試驗點位置設(shè)計，保證試驗過程中，光纖應(yīng)變傳感器和光纖溫度傳感器安裝位置附近的溫場分布均勻；b)安裝傳感器到被測試件：采用標(biāo)準(zhǔn)工藝將光纖應(yīng)變傳感器和光纖溫度傳感器分別安裝到被測試件試驗點位置；c)記錄試驗前傳感器輸出信號值：將光纖應(yīng)變傳感器和光纖溫度傳感器接入解調(diào)設(shè)備，通過設(shè)備操作軟件設(shè)置解調(diào)參數(shù)，保證數(shù)據(jù)采集解調(diào)正常，記錄傳感器輸出信號值分別為xε0、xt0；d)記錄實測環(huán)境下傳感器輸出信號值：啟動試驗設(shè)備，達(dá)到試驗工作條件后，記錄傳感器輸出信號值分別為xε1、xt1；2)模擬環(huán)境下復(fù)現(xiàn)應(yīng)變測量數(shù)據(jù)a)設(shè)計加工標(biāo)準(zhǔn)件：標(biāo)準(zhǔn)件的材料及熱處理工藝要與被測試件一致；b)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)件上傳感器安裝位置：通過傳感器安裝位置設(shè)計，保證在模擬溫度及機械力加載環(huán)境中，光纖應(yīng)變傳感器和光纖溫度傳感器安裝位置附近的溫場分布均勻；c)安裝傳感器到標(biāo)準(zhǔn)件：采用標(biāo)準(zhǔn)工藝將光纖應(yīng)變傳感器和光纖溫度傳感器分別安裝到標(biāo)準(zhǔn)件試驗點位置；d)安裝標(biāo)準(zhǔn)件：將標(biāo)準(zhǔn)件安裝到溫度及機械力加載裝置上，將光纖應(yīng)變傳感器和光纖溫度傳感器接入解調(diào)設(shè)備，通過設(shè)備操作軟件設(shè)置解調(diào)參數(shù)，保證數(shù)據(jù)采集解調(diào)正常；e)復(fù)現(xiàn)實測試驗初始溫度：啟動溫度加載，觀察光纖溫度傳感器的輸出信號值xt2，直至xt2＝xt0時，停止溫度加載，記錄此時加載溫度值t0以及光纖應(yīng)變傳感器的輸出信號值xε2；f)復(fù)現(xiàn)實測試驗工作溫度：繼續(xù)進(jìn)行溫度加載，觀察光纖溫度傳感器的輸出信號值xt3，直至xt3＝xt1，停止溫度加載，記錄此時加載溫度值t1；g)復(fù)現(xiàn)實測試驗加載機械力：啟動機械力加載，觀察光纖應(yīng)變傳感器的輸出信號值xε3，直至xε3-xε2＝xε1-xε0；h)計算機械力產(chǎn)生的應(yīng)變：通過測量標(biāo)準(zhǔn)件變形，可計算得到此時標(biāo)準(zhǔn)件由于機械力加載產(chǎn)生的應(yīng)變ε1；3)應(yīng)變值獲取a)計算溫度產(chǎn)生的應(yīng)變：根據(jù)公式εt＝α×(t1-t0)，計算得到溫度加載產(chǎn)生的應(yīng)變；b)計算實測試驗中應(yīng)變值：根據(jù)公式ε＝ε1+εt＝ε1+α×(t1-t0)，計算得到被測試件在實測試驗中的應(yīng)變值。本發(fā)明的一種基于光纖傳感器高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量方法，光纖應(yīng)變傳感器和光纖溫度傳感器可基于光纖光柵式傳感原理，還可基于f-p干涉式傳感原理。本發(fā)明的一種基于光纖傳感器高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量方法，標(biāo)準(zhǔn)件由機械力加載產(chǎn)生的應(yīng)變可由撓度計算獲得，還可由伸長/壓縮長度計算獲得。有益效果本發(fā)明對比已有技術(shù)有以下顯著創(chuàng)新點：1、本發(fā)明所涉及的高溫環(huán)境下應(yīng)變測量方法采用標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行溫度及機械力復(fù)現(xiàn)加載，間接實現(xiàn)應(yīng)變測量的原位校準(zhǔn)；2、本發(fā)明所涉及的高溫環(huán)境下應(yīng)變測量方法復(fù)現(xiàn)測試環(huán)境、被測試件狀態(tài)及傳感器安裝，可抵消測量過程中的隱含誤差源。加入上述創(chuàng)新點后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、間接實現(xiàn)應(yīng)變測量的原位校準(zhǔn)，使得高溫環(huán)境下應(yīng)變測量數(shù)據(jù)可溯源；2、無需對傳感器進(jìn)行高溫環(huán)境下的參數(shù)(如靈敏系數(shù)、熱輸出等)標(biāo)定，可直接用于試驗測試，避免了標(biāo)定過程中引入誤差，同時復(fù)現(xiàn)測試環(huán)境、被測試件狀態(tài)及傳感器安裝，抵消了測量過程中的隱含誤差源，可顯著提高高溫環(huán)境下應(yīng)變測量的準(zhǔn)確度。附圖說明圖1為本發(fā)明的一種基于光纖傳感器高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量方法示意圖；圖2為本發(fā)明的測試工作環(huán)境下應(yīng)變測量的流程圖；圖3為本發(fā)明的模擬環(huán)境下復(fù)現(xiàn)應(yīng)變測量數(shù)據(jù)的流程圖；圖4為本發(fā)明的應(yīng)變值獲取的流程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種基于光纖傳感器高溫環(huán)境下的應(yīng)變測量方法，包含以下步驟：實施例1步驟一、測試工作環(huán)境下應(yīng)變測量1)設(shè)計被測試件試驗點位置：被測試件材料為k417g，在試驗件中心位置設(shè)計安裝試驗點；2)安裝傳感器到被測試件：采用標(biāo)準(zhǔn)安裝工藝將光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器安裝到試驗點位置；3)記錄試驗前傳感器輸出信號值：將光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器接入解調(diào)設(shè)備，通過設(shè)備操作軟件設(shè)置解調(diào)參數(shù)，保證數(shù)據(jù)采集解調(diào)正常，記錄傳感器輸出信號值分別為xε0、xt0；4)記錄實測環(huán)境下傳感器輸出信號值：將被測試件安裝到熱風(fēng)洞試驗區(qū)，啟動熱風(fēng)洞，待其工作穩(wěn)定后，記錄傳感器輸出信號值分別為xε1、xt1；步驟二、模擬環(huán)境下復(fù)現(xiàn)應(yīng)變測量數(shù)據(jù)5)設(shè)計加工標(biāo)準(zhǔn)件：采用k417g材料設(shè)計加工標(biāo)準(zhǔn)梁，采用被測試件的熱處理工藝對標(biāo)準(zhǔn)梁進(jìn)行熱處理；6)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)件上傳感器安裝位置：在標(biāo)準(zhǔn)梁中心位置設(shè)計傳感器安裝點；7)安裝傳感器到標(biāo)準(zhǔn)件：采用標(biāo)準(zhǔn)安裝工藝將光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器安裝到標(biāo)準(zhǔn)梁設(shè)計試驗點位置；8)安裝標(biāo)準(zhǔn)件：將標(biāo)準(zhǔn)梁安裝到具有溫度加載功能的鋼架梁應(yīng)變加載裝置，將光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器接入解調(diào)設(shè)備，通過設(shè)備操作軟件設(shè)置解調(diào)參數(shù)，保證數(shù)據(jù)采集解調(diào)正常；9)復(fù)現(xiàn)實測試驗初始溫度：啟動溫度加載，觀察光纖光柵式溫度傳感器的輸出信號值xt2，直至xt2＝xt0時，停止溫度加載，記錄此時加載溫度值t0以及光纖光柵式應(yīng)變傳感器的輸出信號值xε2；10)復(fù)現(xiàn)實測試驗工作溫度：繼續(xù)進(jìn)行溫度加載，觀察光纖光柵式溫度傳感器的輸出信號值xt3，直至xt3＝xt1，停止溫度加載，記錄此時加載溫度值t1；11)復(fù)現(xiàn)實測試驗加載機械力：啟動機械力加載，觀察光纖光柵式應(yīng)變傳感器的輸出信號值xε3，直至xε3-xε2＝xε1-xε0；12)計算機械力產(chǎn)生的應(yīng)變：通過激光位移傳感器測量光纖光柵式應(yīng)變傳感器安裝位置的撓度，根據(jù)撓度-應(yīng)變計算公式，可得到此時標(biāo)準(zhǔn)梁由于機械力加載產(chǎn)生的應(yīng)變ε1；步驟三、應(yīng)變值獲取13)計算溫度產(chǎn)生的應(yīng)變：根據(jù)公式εt＝α×(t1-t0)，計算得到溫度加載產(chǎn)生的應(yīng)變εt；14)計算實測試驗中應(yīng)變值：根據(jù)公式ε＝ε1+εt＝ε1+α×(t1-t0)，計算得到被測試件在實測試驗中的應(yīng)變值ε。實施例2步驟一、測試工作環(huán)境下應(yīng)變測量1)設(shè)計被測試件試驗點位置：被測試件材料為k417g，在試驗件中心位置設(shè)計安裝試驗點；2)安裝傳感器到被測試件：采用標(biāo)準(zhǔn)安裝工藝將光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器安裝到試驗點位置；3)記錄試驗前傳感器輸出信號值：將光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器接入解調(diào)設(shè)備，通過設(shè)備操作軟件設(shè)置解調(diào)參數(shù)，保證數(shù)據(jù)采集解調(diào)正常，記錄傳感器輸出信號值分別為xε0、xt0；4)記錄實測環(huán)境下傳感器輸出信號值：將被測試件安裝到熱風(fēng)洞試驗區(qū)，啟動熱風(fēng)洞，待其工作穩(wěn)定后，記錄傳感器輸出信號值分別為xε1、xt1；步驟二、模擬環(huán)境下復(fù)現(xiàn)應(yīng)變測量數(shù)據(jù)5)設(shè)計加工標(biāo)準(zhǔn)件：采用k417g材料設(shè)計加工標(biāo)準(zhǔn)拉伸件，采用被測試件的熱處理工藝對標(biāo)準(zhǔn)拉伸件進(jìn)行熱處理；6)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)件上傳感器安裝位置：在標(biāo)準(zhǔn)拉伸件中心位置設(shè)計傳感器安裝點；7)安裝傳感器到標(biāo)準(zhǔn)件：采用標(biāo)準(zhǔn)安裝工藝將光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器安裝到標(biāo)準(zhǔn)拉伸件設(shè)計試驗點位置；8)安裝標(biāo)準(zhǔn)件：將標(biāo)準(zhǔn)拉伸件安裝到具有溫度加載功能的材料拉伸試驗機，將光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器接入解調(diào)設(shè)備，通過設(shè)備操作軟件設(shè)置解調(diào)參數(shù)，保證數(shù)據(jù)采集解調(diào)正常；9)復(fù)現(xiàn)實測試驗初始溫度：啟動溫度加載，觀察光纖光柵式溫度傳感器的輸出信號值xt2，直至xt2＝xt0時，停止溫度加載，記錄此時加載溫度值t0以及光纖光柵式應(yīng)變傳感器的輸出信號值xε2；10)復(fù)現(xiàn)實測試驗工作溫度：繼續(xù)進(jìn)行溫度加載，觀察光纖光柵式溫度傳感器的輸出信號值xt3，直至xt3＝xt1，停止溫度加載，記錄此時加載溫度值t1；11)復(fù)現(xiàn)實測試驗加載機械力：啟動機械力加載，觀察光纖光柵式應(yīng)變傳感器的輸出信號值xε3，直至xε3-xε2＝xε1-xε0；12)計算機械力產(chǎn)生的應(yīng)變：通過材料拉伸試驗機獲得標(biāo)準(zhǔn)拉伸件的變形，根據(jù)伸長/壓縮長度-應(yīng)變計算公式，可得到此時標(biāo)準(zhǔn)拉伸件由于機械力加載產(chǎn)生的應(yīng)變ε1；步驟三、應(yīng)變值獲取13)計算溫度產(chǎn)生的應(yīng)變：根據(jù)公式εt＝α×(t1-t0)，計算得到溫度加載產(chǎn)生的應(yīng)變εt；14)計算實測試驗中應(yīng)變值：根據(jù)公式ε＝ε1+εt＝ε1+α×(t1-t0)，計算得到被測試件在實測試驗中的應(yīng)變值ε。實施例3將實施例1中的光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器改為f-p干涉式應(yīng)變傳感器和f-p干涉式溫度傳感器，其余步驟與實施例1相同。實施例4將實施例2中的光纖光柵式應(yīng)變傳感器和光纖光柵式溫度傳感器改為f-p干涉式應(yīng)變傳感器和f-p干涉式溫度傳感器，其余步驟與實施例2相同。以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12