一種分布式光纖形變拉伸儀及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分布式光纖形變拉伸儀,具體涉及一種針對光纖處于不同拉伸狀態(tài)下實際應(yīng)用能力以及模擬實際應(yīng)用的一種形變拉伸裝置。分布式光纖形變拉伸儀包括拉伸系統(tǒng),光纖承載平臺;拉伸系統(tǒng)與光纖承載平臺相連。解決了常規(guī)的光纖形變拉伸測試裝置不能簡單、準(zhǔn)確且多工況下監(jiān)測分布式光纖傳感性能的缺點,本測試裝置能簡單有效地控制加載進(jìn)度,通過最終建立的可移動靈巧式拉伸平臺可以開展模擬裂縫開度發(fā)展、小應(yīng)變監(jiān)測以及變角度變高程多工況的基礎(chǔ)應(yīng)用研究,避免了一些室內(nèi)模擬試驗中光纖成活率低、模型制作周期長、效果差以及費用高等問題,進(jìn)而可以研究分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在復(fù)雜荷載條件及多種工況形式上的變形機(jī)理以及組合機(jī)理。
【專利說明】一種分布式光纖形變拉伸儀及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布式光纖形變拉伸儀及測試方法,具體涉及一種針對光纖處于不同拉伸狀態(tài)下實際應(yīng)用能力以及模擬實際應(yīng)用的一種形變拉伸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖傳感技術(shù)作為一種新型傳感技術(shù)其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,光纖良好的傳感性能是保證光纖結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的必要條件,光纖拉伸變形是分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)傳感性能可靠性的重要指標(biāo)。光纖在實際工程應(yīng)用中因其材料本身性能原因存在存活率差的不足,因此對于其實際應(yīng)用中光纖的變形破壞等過程無法追蹤觀測,即使室內(nèi)試驗也因成活率低、模型周期長和裝置過于粗簡等原因?qū)ζ浞治鲅芯咳鄙偃嫘?、?zhǔn)確性和時效性,因此高效精確的重復(fù)性試驗以及方便模擬多工況的復(fù)雜環(huán)境是研究分布式光纖一個極為關(guān)鍵的核心技術(shù),需要設(shè)計一種量程較小、精確和容易控制的形變拉伸設(shè)備。
[0003]隨著結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)小型化、分布式方向的發(fā)展,其監(jiān)測結(jié)構(gòu)體微小變形的能力被越來越被重視。目前光纖的拉伸伺服試驗機(jī),價格昂貴、操作復(fù)雜、占據(jù)空間大且僅能進(jìn)行單一材料性能拉伸試驗,較難精確進(jìn)行監(jiān)測能力的拉伸試驗,尤其不能模擬實際應(yīng)用中多工況下光纖的變形過程,阻礙了對其更多基礎(chǔ)研究和應(yīng)用推廣?,F(xiàn)階段,與分布式光纖監(jiān)測技術(shù)配套,進(jìn)行多元化、系統(tǒng)化、多工況精確拉伸試驗的裝置與測試技術(shù)尚屬空白。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明針對上述不足提供了一種分布式光纖形變拉伸儀及測試方法。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明所述的一種分布式光纖形變拉伸儀,包括拉伸系統(tǒng),光纖承載平臺;所述的拉伸系統(tǒng)與光纖承載平臺相連;
拉伸系統(tǒng)包括:前支撐鋼板、活動鋼板、后支撐鋼板、連接橫柱、手柄連接盤、轉(zhuǎn)動手柄、固定用橫柱、刻度、帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱;所述的前支撐鋼板與后支撐鋼板之間垂直布置連接橫柱與固定用橫柱,前支撐鋼板與后支撐鋼板之間設(shè)有活動鋼板;帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱貫穿前支撐鋼板,螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱的一端與活動鋼板螺紋連接、另一端設(shè)有轉(zhuǎn)動手柄,轉(zhuǎn)動手柄通過手柄連接盤與帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱連接;連接橫柱上設(shè)有刻度;
光纖承載平臺包括:帶刻度式鋼立柱、可調(diào)角度式放置臺、拉伸端夾具、固定端夾具;所述的帶刻度式鋼立柱布置在后支撐鋼板的頂端,后支撐鋼板的頂端還設(shè)有固定端夾具;可調(diào)角度式放置臺布置在活動鋼板的頂端,可調(diào)角度式放置臺上設(shè)有拉伸端夾具,拉伸端夾具與固定端夾具之間放置光纖。
[0006]本發(fā)明所述的分布式光纖形變拉伸儀,所述的固定端夾具套置在帶刻度式鋼立柱上,沿帶刻度式鋼立柱延伸方向滑動。
[0007]本發(fā)明所述的分布式光纖形變拉伸儀,所述的可調(diào)角度式放置臺包括帶刻度圓盤與螺紋式鋼柱組成;所述的帶刻度圓盤下方布置螺紋式鋼柱,帶刻度圓盤盤面上設(shè)有若干個刻度圓孔,刻度圓孔以帶刻度圓盤圓心為中心沿圓周排列。
[0008]本發(fā)明所述的分布式光纖形變拉伸儀,還包括測溫室;所述的測溫室布置在前支撐鋼板上。
[0009]本發(fā)明所述的分布式光纖形變拉伸儀,所述的測溫室內(nèi)設(shè)有溫度計保護(hù)層,將溫度計固定及保護(hù)于測溫室中,通過按壓測溫室螺栓帽將帶彈簧的尖頭螺桿壓置于帶螺紋卡扣中,帶動測溫室門板的轉(zhuǎn)動閉合。
[0010]本發(fā)明所述的分布式光纖形變拉伸儀,所述拉伸端夾具包括拉伸端夾具支撐臺,螺紋式鋼柱二,拉伸端夾具轉(zhuǎn)動橫柱,拉伸端夾具轉(zhuǎn)動手;帶刻度式光纖夾具一;所述的拉伸端夾具支撐臺內(nèi)設(shè)有凹槽,凹槽內(nèi)設(shè)有兩塊帶刻度式光纖夾具一,拉伸端夾具轉(zhuǎn)動橫柱從拉伸端夾具支撐臺的兩端延伸入凹槽內(nèi)分別與帶刻度式光纖夾具一連接,拉伸端夾具轉(zhuǎn)動橫柱上設(shè)有拉伸端夾具轉(zhuǎn)動手;拉伸端夾具支撐臺下端設(shè)有螺紋式鋼柱二。
[0011]本發(fā)明所述的分布式光纖形變拉伸儀,所述的固定端夾具包括:鋼板掐扣,掐扣螺栓,固定段夾具轉(zhuǎn)動橫柱,固定段夾具轉(zhuǎn)動手柄,帶刻度式光纖夾具二,固定端夾具支撐臺;固定端夾具支撐臺中心設(shè)有凸臺,凸臺內(nèi)設(shè)有凹槽,凹槽內(nèi)布置帶刻度式光纖夾具二,固定段夾具轉(zhuǎn)動橫柱延伸入凸臺內(nèi)的凹槽,固定段夾具轉(zhuǎn)動橫柱一端與帶刻度式光纖夾具二連接、另一端布置固定段夾具轉(zhuǎn)動手柄;固定端夾具支撐臺的底端延伸出兩支腳,兩支腳的兩端設(shè)有鋼板掐扣,鋼板掐扣通過掐扣螺栓與固定端夾具支撐臺固定。
[0012]分布式光纖形變拉伸儀的測試方法,測試步驟如下:
步驟一:裝配、調(diào)試設(shè)備構(gòu)建及調(diào)整固定端夾具13和拉伸端夾具8的高度和角度;步驟二:根據(jù)試驗中待拉伸光纖的起始標(biāo)距以及帶刻度式連接橫柱上的刻度,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動手柄將帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱轉(zhuǎn)動到與起始標(biāo)距一致的長度;
步驟三:將待拉伸光纖按照試驗?zāi)康牟荚O(shè)于固定端夾具和拉伸端夾具中,將拉伸端夾具和固定端夾具保持水平,并且通過拉伸端夾具轉(zhuǎn)動手柄和固定端夾具轉(zhuǎn)動手柄將其微調(diào)固定;
步驟四:將拉伸光纖連接到基于預(yù)泵浦布里淵光時域分析技術(shù)的光纖形變監(jiān)測儀上,并按照試驗要求施加拉伸荷載;
步驟五:通過測溫室記錄試驗中的溫度變化,對于環(huán)境溫度差異過大或者室內(nèi)需長時間保持拉伸狀態(tài)等溫度影響不可忽略的情況,可根據(jù)測溫室所監(jiān)測到的光纖溫度變化結(jié)合光纖溫度影響系數(shù)確定因為環(huán)境溫度變化所引起的光纖應(yīng)變值,進(jìn)而扣除外界溫度對光纖的影響,實現(xiàn)光纖溫度補(bǔ)償過程。
[0013]步驟六:通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動手柄帶動帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱轉(zhuǎn)動,通過螺紋轉(zhuǎn)動進(jìn)而帶動活動鋼板平臺的移動,進(jìn)而帶動拉伸端夾具的移動,使得光纖隨之拉伸變形;
步驟七:使用測溫室監(jiān)測溫度結(jié)果,基于光纖布里淵頻移
Vb的變化與溫度t的變化有關(guān),且有較好的線性關(guān)系,用公式表示為
【權(quán)利要求】
1.一種分布式光纖形變拉伸儀,其特征在于:包括拉伸系統(tǒng),光纖承載平臺;所述的拉伸系統(tǒng)與光纖承載平臺相連; 拉伸系統(tǒng)包括:前支撐鋼板(I)、活動鋼板(2)、后支撐鋼板(3)、連接橫柱(4)、手柄連接盤(9)、轉(zhuǎn)動手柄(10)、固定用橫柱(11)、刻度(12)、帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱(16);所述的前支撐鋼板(I)與后支撐鋼板(3)之間垂直布置連接橫柱(4)與固定用橫柱(11),前支撐鋼板(I)與后支撐鋼板(3)之間設(shè)有活動鋼板(2);帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱(16)貫穿前支撐鋼板(1),螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱(16)的一端與活動鋼板(2)螺紋連接、另一端設(shè)有轉(zhuǎn)動手柄(10),轉(zhuǎn)動手柄(10 )通過手柄連接盤(9 )與帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱(16 )連接;連接橫柱(4 )上設(shè)有刻度(12); 光纖承載平臺包括:帶刻度式鋼立柱(6)、可調(diào)角度式放置臺(7)、拉伸端夾具(8)、固定端夾具(13);所述的帶刻度式鋼立柱(6)布置在后支撐鋼板(3)的頂端,后支撐鋼板(3)的頂端還設(shè)有固定端夾具(13);可調(diào)角度式放置臺(7)布置在活動鋼板(2)的頂端,可調(diào)角度式放置臺(7)上設(shè)有拉伸端夾具(8),拉伸端夾具(8)與固定端夾具(13)之間放置光纖(37)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖形變拉伸儀,其特征在于:所述的固定端夾具(13)套置在帶刻度式鋼立柱(6)上,沿帶刻度式鋼立柱(6)延伸方向滑動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖形變拉伸儀,其特征在于:所述的可調(diào)角度式放置臺(7)包括帶刻度圓盤(17)與螺紋式鋼柱(18)組成;所述的帶刻度圓盤(17)下方布置螺紋式鋼柱(18),帶刻度圓盤(17)盤面上設(shè)有若干個刻度圓孔,刻度圓孔以帶刻度圓盤(17)圓心為中心沿圓周排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖形變拉伸儀,其特征在于:還包括測溫室(14);所述的測溫室(14)布置在前支撐鋼板(I)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式光纖形變拉伸儀,其特征在于:所述的測溫室(14)內(nèi)設(shè)有溫度計保護(hù)層(27)將溫度計(28)固定及保護(hù)于測溫室(14)中,通過按壓測溫室螺栓帽(24)將帶彈簧(25)的尖頭螺桿(26)壓置于帶螺紋卡扣(29)中,帶動測溫室門板(40)的轉(zhuǎn)動閉合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖形變拉伸儀,其特征在于:所述拉伸端夾具(8)包括拉伸端夾具支撐臺(23),螺紋式鋼柱二(19),拉伸端夾具轉(zhuǎn)動橫柱(20),拉伸端夾具轉(zhuǎn)動手柄(21);帶刻度式光纖夾具一(22);所述的拉伸端夾具支撐臺(23)內(nèi)設(shè)有凹槽,凹槽內(nèi)設(shè)有兩塊帶刻度式光纖夾具一(22),拉伸端夾具轉(zhuǎn)動橫柱(20)從拉伸端夾具支撐臺(23)的兩端延伸入凹槽內(nèi)分別與帶刻度式光纖夾具一(22)連接,拉伸端夾具轉(zhuǎn)動橫柱(20)上設(shè)有拉伸端夾具轉(zhuǎn)動手柄(21);拉伸端夾具支撐臺(23)下端設(shè)有螺紋式鋼柱二(19)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖形變拉伸儀,其特征在于:所述的固定端夾具(13)包括:鋼板掐扣(30),掐扣螺栓(31),固定端夾具轉(zhuǎn)動橫柱(33),固定端夾具轉(zhuǎn)動手柄(34),帶刻度式光纖夾具二(35),固定端夾具支撐臺(36);固定端夾具支撐臺(36)中心設(shè)有凸臺,凸臺內(nèi)設(shè)有凹槽,凹槽內(nèi)布置帶刻度式光纖夾具二(35),固定端夾具轉(zhuǎn)動橫柱(33)延伸入凸臺內(nèi)的凹槽,固定端夾具轉(zhuǎn)動橫柱(33) —端與帶刻度式光纖夾具二(35)連接、另一端布置固定端夾具轉(zhuǎn)動手柄(34);固定端夾具支撐臺(36)的底端延伸出兩支腳,兩支腳的兩端設(shè)有鋼板掐扣(30),鋼板掐扣(30)通過掐扣螺栓(31)與固定端夾具支撐臺(36)固定。
8.如權(quán)利要求1所述的分布式光纖形變拉伸儀的測試方法,其特征在于:測試步驟如下: 步驟一:裝配、調(diào)試設(shè)備構(gòu)建及調(diào)整固定端夾具(13)和拉伸端夾具(8)的高度和角度;步驟二:根據(jù)試驗中待拉伸光纖(37)的起始標(biāo)距以及帶刻度式連接橫柱(12)上的刻度,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動手柄(10)將帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱(16)轉(zhuǎn)動到與起始標(biāo)距一致的長度; 步驟三:將待拉伸光纖(37)按照試驗?zāi)康牟荚O(shè)于固定端夾具(13)和拉伸端夾具(8)中,將拉伸端夾具(8)和固定端夾具(13)保持水平,并且通過拉伸端夾具轉(zhuǎn)動手柄(21)和固定端夾具轉(zhuǎn)動手柄(34)將其微調(diào)固定; 步驟四:將拉伸光纖(37)端口順接到光纖光信息采集裝置上,并按照設(shè)定的試驗要求施加拉伸荷載; 步驟五:通過測溫室(14)記錄試驗中的溫度變化,對于環(huán)境溫度差異過大或者室內(nèi)需長時間保持拉伸狀態(tài)等溫度影響不可忽略的情況,可根據(jù)測溫室(14)所監(jiān)測到的光纖溫度變化結(jié)合光纖溫度影響系數(shù)確定因為環(huán)境溫度變化所引起的光纖應(yīng)變值,進(jìn)而扣除外界溫度對光纖的影響,實現(xiàn)光纖溫度補(bǔ)償過程; 步驟六:通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動手柄(10)帶動帶螺紋式轉(zhuǎn)動橫柱(16)轉(zhuǎn)動,通過螺紋轉(zhuǎn)動進(jìn)而帶動活動鋼板平臺(2)的移動,進(jìn)而帶動拉伸端夾具的移動,使得光纖隨之拉伸變形;步驟七:使用測溫室(14)監(jiān)測溫度結(jié)果,根據(jù)公式
最終計算出因為外界拉伸荷載所引起的形變量值。
【文檔編號】G01B11/16GK104132622SQ201410326618
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】蘇懷智, 楊孟, 田始光, 范振東 申請人:河海大學(xué)