[发明专利]一种基于光纤光栅传感器的刚性材料杨氏模量测量装置

说明书

一种基于光纤光栅传感器的刚性材料杨氏模量测量装置，涉及一种杨氏模量测量技术，为了解决现有的杨氏模量测量方法稳定性较差、测量精度低的问题。本发明的底板设置在水平面上；支柱固定在底板上；支柱穿过隔板后固定在顶板上，使顶板、底板以及隔板相互平行以及隔板在顶板和底板之间移动；弹簧设置在隔板与顶板之间的支柱上；加压装置安放在底板上；压力传感器固定在隔板上，待测刚性材料放置于压力传感器上；光纤光栅固化在待测刚性材料的侧表面，光纤光栅与光纤光栅波长解调仪相连，光纤光栅波长解调仪与计算机相连；压力传感器与万用表相连。有益效果为稳定性好、测量精度高。

技术领域

本发明涉及一种杨氏模量测量技术。

背景技术

杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量；杨氏模量越大的材料，形变越不容易产生；杨氏模量常被当做挑选设计机械构件的材料的标准之一，是在工程设计领域常用的参考参数；杨氏模量的测量对于材料力学有着很重大研究意义。

测量杨氏模量原理基于胡克定律，即应力与应变之比。现有的测量方法有：拉伸法和梁微弯法等，而后人们又提出了霍尔位置传感器测量法、CCD成像系统测量法、电感式位移测量法和光纤位移传感器测量法等，上述方法大致可被归纳为两大类：静态法和动态法；静态法就是在材料上施加不同大小的恒定力，使材料发生形变，对产生的应力大小进行测算，通过应力和应变的关系得出材料杨氏模量的大小；动态法是基于材料固有参数与杨氏模量的关系。通过测量固有参数进而求出杨氏模量；但在实际应用中，这些方法存在着稳定性较差、精度低、应用范围狭小、或者实验条件难以满足理论原理的需求等缺陷；因此，需要研究具有简单性、高精度、稳定性良好且普适性强的杨氏模量测量装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的杨氏模量测量方法稳定性较差、测量精度低的问题，提出了一种基于光纤光栅传感器的刚性材料杨氏模量测量装置。

本发明所述的一种基于光纤光栅传感器的刚性材料杨氏模量测量装置包括光纤光栅应变传感器、压力传感器、光纤光栅、加压装置、光纤光栅波长解调仪、万用表、金属框架、隔板和弹簧；

所述金属框架包括顶板、支柱和底板；

底板设置在水平面上；支柱竖直设置，并且支柱底端固定在底板上；支柱的顶端穿过隔板后固定在顶板的下表面，使顶板、底板以及隔板相互平行，隔板在顶板和底板之间可沿支柱上下移动；

弹簧竖直设置在隔板与顶板之间的支柱上；

加压装置的底座竖直安放在底板上，其加压施力端支撑在隔板的下表面；

压力传感器固定在隔板的上表面，待测刚性材料放置于压力传感器的上表面；

光纤光栅设置在待测刚性材料的侧表面；

光纤光栅应变传感器固化在光纤光栅处的待测刚性材料上，并且光纤光栅应变传感器的传感信号输出端与光纤光栅波长解调仪的传感信号输入端相连；

光纤光栅波长解调仪的解调信号输出端与计算机的解调信号输入端相连；

压力传感器的压力信号输出端与万用表的压力信号输入端相连。

本发明所述的一种基于光纤光栅传感器的刚性材料杨氏模量测量装置的测量方法为：首先，将光纤光栅应变传感器树脂固定化在待测刚性材料表面；再次，将光纤光栅应变传感器的传感信号输出端与光纤光栅波长解调仪的传感信号输入端相连，将光纤光栅波长解调仪的解调信号输出端与计算机的解调信号输入端相连，将压力传感器的压力信号输出端与万用表的压力信号输入端相连；最后，通过加压装置的加压施力端向隔板施压，保证顶板与隔板挤压待测刚性材料，并利用万用表获取压力值，利用光纤光栅波长解调仪以及计算机获取光纤光栅中心波长漂移量。