[发明专利]一种表贴式光纤光栅应变传感器的标定方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅测量技术领域，具体涉及一种表贴式光纤光栅应变传感器的标定方法。

背景技术

随着光纤光栅传感技术的发展，光纤光栅传感器以其许多独特的优势，如体积小、重量轻、抗电磁干扰，同时易于大规模组网实现实时分布式测量等，逐渐取代传统的电类传感器，在结构健康监测中得到广泛应用。目前光纤光栅已经成功的应用在航空航天、海洋平台、土木桥梁、大跨度空间结构等领域。在实际应用过程中，表贴式光纤光栅应变传感器对应变的灵敏度会由于粘贴基底材料及粘贴剂不同引起应变传递率不同而变化，进而会导致光纤光应变栅测量值偏离待测件应变真实值。

目前，表贴式光纤光栅应变传感器的标定方法没有考虑应变实际测量过程中粘贴基底材料及粘贴剂对光纤光栅应变传感器应变灵敏度的影响，导致实际应变测量结果出现偏差。而光纤光栅应变传感器应变灵敏度系数的可靠性，决定着光纤光栅应变测量结果的准确性。因此，光纤光栅应变传感器应变灵敏度系数的标定对实际应用中的应变测量是非常重要的。

发明内容

本发明目的就是要提出一种适合工程应用且可靠的表贴式光纤光栅应变灵敏度系数的标定方法。

本发明技术方案：一种表贴式光纤光栅应变传感器的标定方法，其包括如下步骤：

步骤一：选择一个与待测件材料相同的标准件；

步骤二：在标准件上表面中央位置处进行表面处理，去除表面油脂及杂质后水平方向粘贴光纤光栅应变传感器，并布设一个光纤光栅温度传感器在其旁边，光纤光栅温度传感器处于悬空不受力状态，光纤光栅温度传感器两端用3M胶带固定；

步骤三：将粘贴好传感器的标准件静置48小时后，放在恒温槽的槽内，标准件处于无约束状态；

步骤四：将光纤光栅传感器与光纤光栅解调仪相连，监测光纤光栅传感器的波长变化；

步骤五：调节恒温槽的温度，恒温保持一段时间后调节恒温槽温度，根据待测件实验环境温度范围完成一次升降温循环；

步骤六：利用有限元分析方法得出温度变化引起的标准件热胀冷缩表面产生的应变；

步骤七：光纤光栅传感器波长的变化由应变和温度两个因素共同影响，由光纤光栅传感原理可知，△λ＝△λ_ε+△λ_T＝K_ε*ε+K_T*T，其中，△λ为光纤光栅传感器中心波长的变化，△λ_ε为应变引起的光纤光栅传感器波长的变化，△λ_T为温度引起的光纤光栅传感器中心波长的变化，K_ε为光纤光栅应变灵敏度系数，ε表示光纤光栅传感器测量点处应变大小，K_T为光纤光栅温度传感器温度灵敏度系数，T表示光纤光栅传感器测量点处温度变化，所述的光纤光栅应变传感器受应变和温度的共同作用，而光纤光栅温度传感器处于悬空不受力状态，只受温度变化影响，通过光纤光栅温度传感器可以去除温度变化对光纤光栅应变传感器的影响，获得应变对光纤光栅应变传感器的影响，应变灵敏度系数K_ε通过以下公式即可求出；K_ε＝[|△λ_ε1-△λ_T1|/|ε₁|+|△λ_ε2-△λ_T2|/|ε₂|+…+|△λ_εn-△λ_Tn|/|ε_n|]/n

其中，n为设定的温度变化工况数，△λ_ε1表示第一个工况下光纤光栅应变传感器波长变化，△λ_T1表示第一个工况下光纤光栅温度传感器波长变化，ε₁表示第一个工况下通过有限元分析标准件由于热胀冷缩表面产生的应变大小，其他以此类推，通过对各个工况过程求得光纤光栅应变灵敏度系数累加求均值来确定最终的光纤光栅应变灵敏度系数。

进一步的，光纤光栅应变传感器粘贴在与待测件相同材料的标准件上，表面处理后沿水平方向粘贴，光纤光栅温度传感器布置在光纤光栅应变传感器附近。

进一步的，标准件表面的应力由温度变化引起材料自身热胀冷缩产生。

进一步的，由于温度变化标准件自身热胀冷缩产生的应力由有限元分析得出。

本发明的标定方法的优点是：