[发明专利]一种光纤环式残余应力测试系统及残余应力测试方法

说明书

本发明公开了一种光纤环式残余应力测试系统，包括若干光纤传感器、传输光纤、解调装置及数据处理装置；若干光纤传感器通过传输光纤串联并绕制成圆形构成光纤传感器环，光纤传感器环固定于待测材料表面并通过传输光纤接入解调装置，解调装置与数据处理装置电连接；光纤传感器用于测试钻孔前后其所在测点的波长信号，并将测得的波长信号通过传输光纤传输至解调装置，解调装置用于解调并记录光纤传感器环上所有光纤传感器测得的波长信号并输出至数据处理装置，数据处理装置用于对解调装置输出的数据进行数据处理及分析。本发明的系统可有效降低钻孔法测试时应变传感器的安装难度，减少操作带来的误差影响，提高了测试精度。

技术领域

本发明涉及残余应力测试技术领域，特别涉及一种光纤环式残余应力测试系统及残余应力测试方法。

背景技术

残余应力是指产生应力的各种外部因素(外力、温度变化、加工处理过程等)去除后，在材料内部依然存在的应力。残余应力会造成初始损伤进一步演化，降低材料的力学性能。在持续的载荷作用下，各种形式的损伤会进一步生长，最终导致材料破坏。

目前残余应力测试方法按照是否破坏被测构件，可将其分为有损测试法和无损测试法两大类。有损测试法即去将具有残余应力构件的一部分去除或分离，使内应力释放，通过测量其应变变化来求出残余应力。有损测试法常用的方法有剥层法、取条法、钻孔法、切槽法等，在钻孔法中可利用盲孔法、浅盲孔法来减小钻孔对构件造成的损伤。无损检测法是利用材料物理性质的变化或晶体结构参数的变化测量残余应力。钻孔法优势在于，与其他残余应力测量技术相比，钻孔法具有测试范围广，测试精度高，测试步骤简单等特点。

现有钻孔法多采用电阻应变计的方法，测试孔周围的径向应变，通过三个传感器的应变信号解出孔周围的最大主应力作为其残余应力。其缺点在于：在实际贴片时，很容易角度倾斜，从而导致应变计的轴线并不在以钻孔孔心为圆心的半径上，这造成测试结果与实际结果有很大误差，因此导致钻孔法测试完毕后，想提高精度必须要对应变计进行实际贴片偏差角度的测量后再带入纠正这种偏差的公式进行换算。这一方面增加了钻孔法工艺的难度和复杂度，另一方面也降低了测试精度。其次，若放置多个传感器对测试结果进行效验时，多个电阻应变计接线不便，且可放置数量受到传感器尺寸的限制，因此也无法对材料内应力的整体分布进行测试。

光纤传感器具有体积小，易复用，能够进行准分布测试等诸多优势，可以监测整条光纤上的应变或温度信息。采用光纤环式应变花用于钻孔法测试，沿其周向可布置大量的应变测点达到对孔周围一定距离所有方向应变/应力情况的准分布测试，且采用多个测点计算主应力可以互相校正以提高测试精度。其分布式测量优势可以对材料内应力的整体分布进行测试评估。光纤环式应变花的形状也减少了传统方式在粘贴应变计过程中带来的误差，从而提高了测试精度。

发明内容

本发明的目的是基于上述背景技术，提供一种光纤环式残余应力测试系统及残余应力测试方法，可有效降低钻孔法测试时应变传感器的安装难度，减少操作带来的误差影响，提高了测试精度。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种光纤环式残余应力测试系统，包括若干光纤传感器、传输光纤、解调装置及数据处理装置；若干所述光纤传感器通过传输光纤串联并绕制成圆形构成光纤传感器环，所述光纤传感器环固定于待测材料表面并通过传输光纤接入解调装置，所述解调装置与数据处理装置电连接；

所述光纤传感器用于测试钻孔前后其所在测点的波长信号，并将测得的波长信号通过传输光纤传输至解调装置，所述解调装置用于解调并记录光纤传感器环上所有光纤传感器测得的波长信号并输出至数据处理装置，所述数据处理装置用于对解调装置输出的数据进行数据处理及分析；