[发明专利]用于光纤光栅表面应变测量的手持式粘贴工具及方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感领域，具体涉及一种用于表面应变测量的光纤光栅粘贴工具及方法。

背景技术

作为新型的光学传感无源器件，光纤光栅具有普通光纤传感器灵敏度高、体积小、质量轻、易弯曲、不受电磁干扰、抗腐蚀性好等优点。光纤Bragg光栅中心波长能够直接受应变、温度等因素调制，并有着良好的线性响应，是十分理想的应变、温度测量元件。如今，基于光纤Bragg光栅的应变测量技术已被逐步应用到各种实际工程领域中。

目前，国际上利用光纤光栅进行应变测量的主要方式为细径钢管封装式、基片封装式和直接表面粘贴式。细径钢管封装式是将裸光纤光栅放入直径较小的钢管中，中间灌满环氧树脂等胶体加以保护，如任亮等人开发了一种毛细钢管封装的光纤光栅应变传感器（参考文献“Development of health monitoring system for ocean offshore platform with fiber Bragg grating sensors”，来源会议“Fifteenth International Offshore and Polar Engineering Conference”，2005年）这种光纤光栅应变传感器主要用于大型工程结构埋入式应变测量；基片封装式是将裸光纤光栅粘贴在胶基基片或者刻有凹槽的刚性基板上，然后将基片或基板安装在待测件表面进行应变的测量，于秀娟等人开发了一种基于钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器（参考文献“钛合金片封装光纤光栅传感器的应变和温度传感特性研究”，来源于期刊《光电子.激光》，2006年，17卷第5期）；直接表面粘贴式则是直接利用粘接剂将裸光纤光栅（去涂覆层或不去涂覆层）粘接在被测试的对象的表面进行应变测量，具有制作简单、成本低廉的优点，但是由于粘贴剂及固定方式的影响，测量值往往不能真实反映被测表面的应变情况。因此，李红等人将裸光纤光栅粘贴在等强度悬臂梁上，开展了表面粘贴式光纤光栅应变传递效率的研究，分析了引起测量误差的因素（参考文献“裸光纤光栅表贴结构应变传递分析与实验研究”，来源期刊《仪器仪表学报》，2014年，35卷第8期），但是直至目前为止还是缺乏有效消除测量误差的手段和装置。由于测量误差主要是来源于传统粘贴工艺，因此改进现有粘贴工艺十分必要。现有粘贴工艺都是采用手工拉紧光纤光栅，使其贴近待测表面，然后涂胶完成粘接过程。这种手工工艺一般需要两人配合完成，很难控制光纤光栅与待测表面紧密贴合，操作难度大，另外由于粘贴时是采用人工对光纤光栅进行拉紧，很难对光纤光栅粘贴时预紧力进行控制，严重影响光纤光栅传感器测量应变时的准确性、重复性以及一致性，因此迫切需要设计一种用于表面应变测量的光纤光栅粘贴工具，在裸光纤光栅粘贴时施加恒定的预紧力并保持，以提高应变测量的准确性、重复性以及一致性。随着光纤光栅传感技术的发展，其应用领域也越来越广泛。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于表面应变测量的光纤光栅粘贴工具及方法，可单人独立完成操作，降低操作人员的劳动强度，提高工作效率。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种用于表面应变测量的光纤光栅粘贴工具，其特征在于：它包括手持拨叉、光纤夹紧台和预紧力调节装置；其中

手持拨叉包括手柄和两个叉头，两个叉头处设有一大一小两个缺口，其中较大的缺口用于贯穿刻有光栅的光纤，较小的缺口用于贯穿所述刻有光栅的光纤并压紧在被测物体表面，光栅位于两个叉头之间；

所述的光纤夹紧台用于夹紧刻有光栅的光纤尾纤；

所述的预紧力调节装置用于驱动光纤夹紧台沿光纤轴向运动。

按上述工具，所述的光纤夹紧台包括支撑架，支撑架上设有由所述的预紧力调节装置驱动的夹紧台，夹紧台包括2个通过销轴连接的夹紧板，其中一个夹紧板上设有磁铁，另一个夹紧板上设有铁片，通过磁铁和铁片的吸力夹紧尾纤。

按上述工具，所述的预紧力调节装置包括旋转头、棘轮和丝杆，丝杆与所述的光纤夹紧台连接；旋转头的旋转运动通过棘轮传递给丝杆做直线运动，该直线运动即沿光纤轴向运动。

按上述工具，所述的棘轮和丝杆之间设有张力可调的弹簧，通过调整弹簧的张力控制棘轮能够传递的最大力矩，从而实现预紧力的调节。

一种上述用于表面应变测量的光纤光栅粘贴工具实现的固定方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、准备好刻有光栅的光纤，预估光纤夹紧台与手持拨叉的两个叉头中间处的距离，并预留出刻有光栅的光纤的长度，用光纤夹紧台夹紧光纤的尾纤；