[发明专利]表贴式光纤光栅应变传感器测量误差的补偿方法

说明书

本发明表贴式光纤光栅应变传感器的测量误差补偿方法属于光纤光栅应变传感技术领域，涉及一种表贴式光纤光栅应变传感器的测量误差补偿方法。该方法先设计了表贴式光纤光栅应变传感器支座，在构件上安装表贴式光纤光栅应变传感器后，利用高精度钩码对构件加载。采用应变解调仪以及电脑服务器对应变传感器测量的波长变化值进行解调处理，获取测点的应变。建立相应的表贴式光纤光栅应变传感器应变测量误差补偿模型，对多个测点的测量应变进行补偿。实现表贴式光纤光栅应变传感器的测量误差补偿过程。利用有限元模型对补偿效果进行验证，证明该方法误差补偿效果好，过程简单，易操作，提升了表贴式光纤光栅应变传感器的测量准确度和稳定性。

技术领域

本发明属于光纤光栅应变传感技术领域，涉及一种表贴式光纤光栅应变传感器测量误差的补偿方法。

背景技术

当前世界各国竞先发展航空航天事业，大力推动航天以及航空飞行器的研究发展。在航天和临近空间领域，飞行器的太阳能帆板多采用轻质材料和减重设计，从而使得结构的柔性变大，在运行过程中容易产生较大变形及振动；航空领域中飞机机翼结构具有面积大、重量轻、高柔性等特点，因此飞行过程中机翼结构在各种载荷的集中作用下容易产生较大变形。而应变是表征结构安全的重要指标，通常通过检测结构的应变来评估构件的健康状况。由于表贴式光纤光栅应变传感器具有质量轻、精度高、抗干扰性强、可分布式测量等特点，性能相较应变片更优异，作为应变测量的强大工具，正逐渐在航空航天等各个领域取代传统应变片传感器成为主流。由于表贴式光纤光栅应变传感器需要粘贴在构件表面进行应变测量，通常情况下，为保持传感器的测量准确性及稳定性，需加装支座，常见的支座结构不利于传感器稳定粘贴及准确测量，因而需要一种利于传感器粘贴的结构。在表贴式光纤光栅应变传感器测量时，因为传感器与被测表面存在一定间距，其测量值并不是测点的真实应变值，所以应对传感器应变测量值进行应变测量误差补偿，使测量值的准确性进一步提升，满足工程使用需求。

韩熠等人2015年专利号为201510816256.4的专利《一种用于带有封装的光纤光栅应变传感器温度补偿方法》中提出了一种用于带有封装的光纤光栅应变传感器温度补偿方法，通过记录应变测试开始时刻和进行过程中的环境温度、确定封装类型、选用相应的经验公式进行计算，即可获得高精度的温度补偿。该方法适用于各类带有封装的光纤光栅应变传感器且不需要额外布设参考传感器，有效降低补偿成本。但该方法操作较为繁琐，且适用面窄。

王立刚2018年专利号为201811591154.7的专利《一种高精度补偿的谐振式应变传感器》中提出了一种高精度补偿的谐振式应变传感器，该方法主要对应变传感器的电路部分进行优化，进而达到应变测量补偿的目的，具有高精度、安全性强、准确度高等特点，但对于应变测量误差产生因素的分析及补偿不够全面。

郑狄等人2019年专利号为201910019682.3的专利《一种可实现轴向应变补偿的光纤弯曲传感》中提出了一种可实现轴向应变补偿的光纤弯曲传感器，利用单模光纤在弯曲时其FBG的中心波长漂移仅受轴向应变的影响，来补偿在曲率解调时偏芯光纤引入的轴向应变，消除了传统曲率传感器存在的曲率测量误差，实现纯曲率值及弯曲方向的测量。但该方法对于传感器的制作精度要求较高，适用度不广。

发明内容

本发明要解决的技术难题是，发明了一种表贴式光纤光栅应变传感器测量误差的补偿方法。该方法设计了一种表贴式光纤光栅应变传感器支座，在构件上安装表贴式光纤光栅应变传感器后，利用高精度钩码对构件进行加载；同时，采用应变解调仪以及电脑服务器对应变传感器测量的波长变化值进行解调处理，获取测点的应变。然后，建立相应的表贴式光纤光栅应变传感器应变测量误差补偿模型，对多个测点的测量应变进行补偿。并采用了有限元仿真分析的应变补偿效果验证，证明该方法具有很好的误差补偿效果。该方法过程简单，易操作，提升了表贴式光纤光栅应变传感器的测量准确度和稳定性。