一种光纤光栅结构变形检测装置、网络与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光纤光栅结构变形检测装置、网络与方法，该装置包括：有机材料杆，所述有机材料杆上沿纵向四个侧面中线位置设置有应变感知光栅光纤；在有机材料杆截面中心位置沿纵向设有通孔，通孔中设置温度感知光栅光纤；所述有机材料杆截面为矩形。本发明专利技术克服了待测结构复杂无法进行曲线曲面重构，同时在四个表面进行光纤光栅布点可以测量两个方向上的变形结果，并且光纤光栅结构变形检测装置能够进行自由的组合，对于大型结构而言可以进行组网实现分布式变形检测，因此适合于各类异形结构的变形检测。

Fiber grating structure deformation detection device, network and method

The invention discloses a fiber grating structure and method of network deformation detection device, and the device includes: organic material rod, wherein the organic material rod along the longitudinal midline is provided with four side strain sensing fiber grating; through holes in the organic material section center position is arranged along the longitudinal direction, set the temperature sensing fiber grating. The hole; the organic material bar with rectangular cross section. The invention overcomes the shortcomings of complex structure can not be measured curve and surface reconstruction, and fiber grating distribution can deformation measurement results from two directions in the four surface, and the fiber grating structure deformation detection device can be freely combined, for large structure can realize distributed network deformation monitoring, deformation detection is therefore suitable for all kinds of shaped structure.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅结构变形检测装置、网络与方法
本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种光纤光栅结构变形检测装置、网络与方法。
技术介绍
随着航天航空，冶金化工等行业技术的发展，其工程结构越发的庞大复杂，结构自身的工况条件愈加恶劣，难以进行有效的结构健康监测；特别是针对卫星天线薄板，飞机机翼，桁架等结构的变形检测新技术的开发已经刻不容缓。目前对大型结构变形的测量，特别是针对机翼，卫星天线板、太阳能板的变形测量，主要是采用激光测距，莫尔云纹干涉，三维立体视觉识别等方法，这些方法主要优点在于非接触测量，对薄壁板的变形过程没有干涉，同时具有测量精度高，自动化程度好等特点。但其缺点也很明显，首先是仪器庞大昂贵，需要相关的设备做基础支持，并且其测量点比较单一，无法监测结构的整体变形。光纤光栅作为一种新型的传感元器件，具有十分显著的优点：(1)光纤光栅传感器作为一种以光为信息传导介质的传感器，它具有非常强的抗干扰性能，在各种强干扰条件下均能正常工作；(2)光纤光栅具有非常强的组网能力，即能在一根光纤上串用多个光栅，从而使传感元件之间的连接线路大大简化可以实现大的空间尺度上的测量；(3)光栅光纤结构简单，体积小，重量轻，故而光纤光栅能够轻松植入各类材料中且不影响材料本身的机械特性。将光纤光栅应用于大型结构件的变形测量具有十分明显的优势，即可以组成光纤光栅传感网络对待测体进行分布式测量。对各类大型结构件而言，具有结构复杂，变形量小，受温度影响大等特点，而裸光纤光栅只能感知到温度信息和应变信息，无法直接检测到结构的变形情况，专利号201410353892.3中提出了一种基于光纤光栅传感网络的大型结构体变形测量方法，将光纤光栅直接粘贴于待测体表面，通过检测待测体表面的应变大小，通过多项式对其进行拟合，再根据材料力学求取待测体变形情况；由于该方法的变形测量结果极度依赖待测体具体结构尺寸参数以及边界条件，因此该方法仅能适用于简单结构，比如简支梁，简单的板结构；对于带筋板的板结构，梁结构等由于尺寸上存在结构强化点，无法通过材料力学的方法进行计算便无法准确的获得变形测量结果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种光纤光栅结构变形检测装置、网络与方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光纤光栅结构变形检测装置,包括：有机材料杆，所述有机材料杆上沿纵向四个侧面中线位置设置有应变感知光栅光纤；在有机材料杆截面中心位置沿纵向设有通孔，通孔中设置温度感知光栅光纤；所述有机材料杆截面为矩形。按上述方案，所述有机材料杆上沿纵向四个侧面中线位置切割有细槽，所述应变感知光栅光纤固定设置在对应细槽中。按上述方案，所述应变感知光栅光纤通过有机胶水固定设置在对应细槽中。按上述方案，所述温度感知光栅光纤通过有机材料杆中心通孔灌入的导热硅脂固定设置在通孔中。按上述方案，所述应变感知光栅光纤和温度感知光栅光纤为刻有多个布拉格光栅的光纤。按上述方案，所述有机材料杆四个细槽与通孔的两端分别设有光纤护套的安装孔，应变感知光栅光纤左右尾纤穿入光纤套管，同时套入光纤护套，并通过有机胶水固定在有机材料杆的安装孔处；光栅光纤左右尾纤穿入光纤套管，套入光纤护套，并通过有机胶水固定在有机材料杆的安装孔处。按上述方案，所述有机材料杆的长度为1米。一种光纤光栅结构变形检测网络，由多个上述光纤光栅结构变形检测装置首尾连接形成。一种光纤光栅结构变形检测方法，包括以下步骤：将所述的多个光纤光栅结构变形检测装置固定于待测体上，通过对各个变形检测装置进行首尾连接形成变形检测传感网络；每根变形检测装置的变形程度与光栅应变感知之间的关系通过梁变形模型进行计算，并通过变形检测装置中间通孔对应的温度感知光纤光栅对应变感知光栅进行温度补偿，保证应变感知光栅测得值独立于温度。计算变形检测网络中的每根变形检测装置的变形程度，然后进行整体的变形检测网络的重构，进而获取待测结构整体的变形情况。本专利技术产生的有益效果是：1.相比与传统的电阻应变片、光纤光栅直接粘贴检测应变再进行曲线曲面重构的方法，克服了待测结构复杂无法进行曲线曲面重构，同时在四个表面进行光纤光栅布点可以测量两个方向上的变形结果，并且光纤光栅结构变形检测装置能够进行自由的组合，对于大型结构而言可以进行组网实现分布式变形检测，因此适合于各类异形结构的变形检测；2.该光纤光栅结构变形检测方法具有待测结构的变形重构计算与待测结构无关，变形计算简单，通过材料力学梁模型的变形计算可以简单的计算出每个变形检测装置的变形，通过对每个变形检测装置的变形曲线进行连接，获取整体的变形。3.该光纤光栅结构变形检测方法具有光栅温度补偿效果，能够解决光纤光栅应变温度耦合的问题，保证该光纤光栅变形检测装置测得变形准确不受温度干扰。4.克服了传统传感器利用率低、无法进行重复利用的缺点，该光纤光栅结构变形检测装置通过改变安装方式，可以直接进行拆装，从而进行重复对该变形检测装置的重复利用；5.该变形检测装置结构简单，相对于光学变形检测方法成本低廉，同时安装简单，适合于工程实际中进行应用。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为单个变形检测装置结构示意图；图2为单个变形检测装置侧视图；图3为变形检测装置剖面图；图4为变形检测装置剖面放大图；图5为单个变形检测装置使用实施例结构示意；图6为变形检测装置与待测梁截面图；图7为多个变形检测装置组合使用实施例结构示意；图8为多个变形检测装置组合使用实施例。图中：1-有机材料杆；2-应变感知光栅光纤；3-温度感知光栅光纤；4-方形槽；5-光纤套管；6-布拉格光栅。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所要解决的技术问题是各类结构的变形检测，针对现有的非接触式变形检测方法与接触式变形检测方法测点少，变形重构计算困难的现状，提出的一种基于光纤光栅的变形检测装置以及变形检测方法：如图1和图2，一种光纤光栅结构变形检测装置，包括五根刻有多个布拉格光栅的光纤，有机材料杆1，两根光纤套管5，十个光纤护套以及有机胶水。如图3和4所示，在有机材料杆上沿纵向四个面中线位置切割有深度为0.125mm的方形槽4，该槽刚好能容纳光纤放入；将刻有5个布拉格光栅6的光纤2放入该槽中，并涂覆有机胶水，在有机胶水凝固过程中始终施加一定的预应力，保证有机材料杆在弯曲的时候光栅也能处于应变测量范围内，将光纤套管和光纤护套穿入尾纤，安装于有机材料杆上预留的安装孔，并通过有机胶水进行固定。在有机材料杆中间预留有1mm的细圆孔，在圆孔中填充满导热硅脂或其他易导热液体，并将刻有5个布拉格光栅的光纤3穿入，在保证光栅对应于有机材料杆表面封装的光栅的位置且处于松弛状态的情况下将光纤套管和光纤护套穿入尾纤，安装于有机材料杆上预留的安装孔，并通过密封胶进行密封与固定。一种光纤光栅结构变形检测方法为：将所述的光纤光栅结构变形检测装置固定于待测体上，通过进行首尾连接形成变形检测传感网络；每根变形检测装置的变形程度与光栅应变感知之间的关系通过梁变形模型进行计算，并通过变形检测装置中间通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅结构变形检测装置，其特征在于,包括：有机材料杆，所述有机材料杆上沿纵向四个侧面中线位置设置有应变感知光栅光纤；在有机材料杆截面中心位置沿纵向设有通孔，通孔中设置温度感知光栅光纤；所述有机材料杆截面为矩形。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅结构变形检测装置，其特征在于,包括：有机材料杆，所述有机材料杆上沿纵向四个侧面中线位置设置有应变感知光栅光纤；在有机材料杆截面中心位置沿纵向设有通孔，通孔中设置温度感知光栅光纤；所述有机材料杆截面为矩形。2.根据权利要求1所述的光纤光栅结构变形检测装置，其特征在于，所述有机材料杆上沿纵向四个侧面中线位置切割有细槽，所述应变感知光栅光纤固定设置在对应细槽中。3.根据权利要求1所述的光纤光栅结构变形检测装置，其特征在于，所述应变感知光栅光纤通过有机胶水固定设置在对应细槽中。4.根据权利要求1所述的光纤光栅结构变形检测装置，其特征在于，所述温度感知光栅光纤通过有机材料杆中心通孔灌入的导热硅脂固定设置在通孔中。5.根据权利要求1所述的光纤光栅结构变形检测装置，其特征在于，所述应变感知光栅光纤和温度感知光栅光纤为刻有多个布拉格光栅的光纤。6.根据权利要求1所述的光纤光栅结构变形检测装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭跃刚，陈宜炀，李瑞亚，邴俊俊，余兆祥，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42