分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及分布式傳感光纖性能的多目標多自由度靜動態(tài)測試集成平臺及測試方法。分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置中光纖多自由度固定系統(tǒng)依次與人工加卸載裝置和油壓控制加卸載裝相連接，待測光纖與光纖多自由度固定系統(tǒng)以及分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)相連接；通過控制多自由度固定系統(tǒng)中的裝置實現(xiàn)對光纖性能的測試。本測試平臺所有部件均可自由拆卸與裝配，為完成不同測試要求搭建了一個多目標測試平臺，給可能的試驗探究提供了巨大的二次開發(fā)空間，本發(fā)明的裝置，具有構(gòu)造輕便、價格低廉、操作方便、受干擾小、測試類多、適應性強、性能穩(wěn)定以及加卸方便等眾多優(yōu)勢。
【專利說明】分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及分布式傳感光纖性能的多目標多自由度靜動態(tài)測試集成 平臺及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們安全意識不斷提高以及各領(lǐng)域工程大量興建，結(jié)構(gòu)物的健康監(jiān)測更顯重 要和緊迫，光纖智能材料作為一種功能型傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域應用不斷增加。分布 式光纖監(jiān)測系統(tǒng)相對于電信號為基礎(chǔ)的傳感監(jiān)測系統(tǒng)和點式光纖監(jiān)測系統(tǒng)而言，其技術(shù)難 度、監(jiān)測量的內(nèi)容、指標以及監(jiān)測場合和范圍均顯現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢。
[0003] 與分布式光纖傳感器光學參數(shù)相比，其自身一些物理參數(shù)并不完全是定量技術(shù)指 標，國內(nèi)外通常做法是進行相關(guān)試驗，在試驗中不破壞即為合格產(chǎn)品，試驗的發(fā)生是概率事 件，不可能對于每一卷光纖每一處都進行試驗，因此對于實際工程中所應用的光纖參數(shù)性 能基本為未知，即使對于進行過不破壞試驗的合格光纖而言，對于其性能優(yōu)劣程度也缺乏 定量認知，因此對于光纖選型、設(shè)計、生產(chǎn)、采購、施工以及使用均帶來了極大不便和浪費。
[0004] 對于目前國內(nèi)外光纖應用領(lǐng)域來講，用戶所使用的分布式光纖傳感器參數(shù)基本都 是采用光纖出廠時所常規(guī)標定的參數(shù)。應用于較復雜的工作環(huán)境時，特別是針對水工建筑 物等復雜巨工程的野外特殊工作環(huán)境，其對監(jiān)測結(jié)果可靠性產(chǎn)生影響，尤其是分布式光纖 傳感器的力學性能以及傳感性能顯著影響實際應用精度。
[0005] 不同的光纖原材料或者不同的光纖生產(chǎn)工藝下所制造的光纖各項指標存在著較 大差別，對于不同光纖生產(chǎn)廠家、不同光纖型號、不同護套材料以及同一光纖型號不同生產(chǎn) 批次等情況下光纖基本參數(shù)也存在差異性，因此不論是科學研究還是生產(chǎn)應用，對于分布 式光纖力學性能以及傳感性能的測試都成為首要開展的前提工作。
[0006] 光纖拉伸斷裂力比較小，為了能夠及時精確地捕捉追蹤到其產(chǎn)生、發(fā)展、破壞全生 命周期內(nèi)的變形機理，急切需要研究一種精確靈便的多目標光纖試驗平臺；隨著光纖傳感 技術(shù)向著智能化、數(shù)字化、集成化以及小型化方向發(fā)展，監(jiān)測其空間分辨率技術(shù)不斷提高， 其監(jiān)測微小結(jié)構(gòu)體成為了必然趨勢，為了更好配套于分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，需要研 發(fā)一種量程可調(diào)、方便攜帶、測試精確及構(gòu)造簡單的多目標測試集成平臺。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了解決實際工程中分布式傳感光纖的力 學性能以及傳感性能等測試問題而提出一種更加有效準確地靜動態(tài)多自由度光纖性能測 試平臺及測試方法，將緊套光纖的一些性能從一個定性指標變成一個定量指標，從普通意 義推廣到具體工程實際應用概念；本發(fā)明裝置以及方法可進行高精度光纖力學性能室內(nèi)標 定試驗，也可以面向光纖應用于實際工程前的測試工作；在要求更精確標定結(jié)果時，可以多 次計算，根據(jù)其計算結(jié)果服從正態(tài)分布原則，最終獲得更加精確的校準結(jié)果。
[0008] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，包括光纖多自由 度固定系統(tǒng)、人工加卸載裝置、油壓控制加卸載裝、待測光纖、分布式光纖布里淵頻移獲取 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)；光纖多自由度固定系統(tǒng)依次與人工加卸載裝置和油壓控制加卸 載裝相連接，待測光纖與光纖多自由度固定系統(tǒng)以及分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)相連 接。通過控制多自由度固定系統(tǒng)中的裝置實現(xiàn)對光纖性能的測試；分布式光纖布里淵頻移 獲取系統(tǒng)用于采集光纖處于靜態(tài)或動態(tài)受力條件下布里淵頻移量值等光纖光學信息；數(shù)據(jù) 處理分析系統(tǒng)用于在線處理與分析分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)以及力傳感器、高靈敏 度溫度計等采集到的數(shù)字化信息。
[0010] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，所述初始端彈性 固定裝置通過緊固螺桿貫通弧形前倉將初始端彈性固定裝置固定于初始固定端放置臺上， 光纖通過弧形前倉中小口徑光纖連通通道與高彈性內(nèi)環(huán)壁中的微小口徑光纖聯(lián)通通道，通 過轉(zhuǎn)動連通螺桿上的調(diào)節(jié)螺栓對高彈性內(nèi)環(huán)壁施加軸向的壓力，通過圓L型外環(huán)壁對高彈 性內(nèi)環(huán)壁施加橫向壓力，通過高彈性內(nèi)環(huán)壁將環(huán)向約束傳遞到微小口徑光纖聯(lián)通通道。 [0011] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，光纖多自由度固 定系統(tǒng)還包括中間滑輪連動裝置一和中間滑輪連動裝置二，在后操作臺中間上部位置以及 中間偏下部位置分別設(shè)置有前后貫通的放置槽，以安放中間滑輪連動裝置一和中間滑輪連 動裝置二；中間滑輪連動裝置一中通過操縱與刻度圓盤連接的角度調(diào)節(jié)圓柄進而帶動控 制轉(zhuǎn)動連桿；以固定支點圓盤為固定支點，水平連接滑輪將從初始端彈性固定裝置中引出 光纖且水平地過渡到中間滑輪連動裝置一中；上述裝置被封裝在弧形操作室中，且被緊固 螺桿固定于后操作臺內(nèi)；通過放置于后操作臺上的中間槽內(nèi)連接滑輪，將中間滑輪連動裝 置一中引出的待測光纖引至堅向小口徑光纖聯(lián)通通道內(nèi)、并且連接到中間滑輪連動裝置二 上；中間滑輪連動裝置二主要包括大直徑過渡滑輪以及小直徑過渡滑輪，其將待測光纖過 渡到后續(xù)測試段。
[0012] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，光纖多自由度固 定系統(tǒng)還包括末端非剛性固定裝置；末端非剛性固定裝置中通過轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)圓環(huán)帽控制旋轉(zhuǎn) 圓環(huán)進出；旋轉(zhuǎn)圓環(huán)內(nèi)壁內(nèi)設(shè)有螺件，待測光纖通過外壁設(shè)有螺紋的光纖聯(lián)通通道，光纖聯(lián) 通通道靠近光纖一側(cè)設(shè)有彈性材料內(nèi)壁、且與待測光纖接觸并將環(huán)向荷載傳遞到待測光纖 中，彈性材料圓壁受到旋轉(zhuǎn)圓環(huán)的水平向壓力，外緣厚壁圓桶將環(huán)向約束施加到彈性材料 圓壁上，環(huán)向荷載傳遞到光纖聯(lián)通通道中的彈性材料內(nèi)壁中。
[0013] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置中，普通連接滑輪 可更換為內(nèi)置彈簧的特制滑輪，螺紋桿柄與螺紋桿相連，螺紋桿的一端深入后操作臺，弧形 槽分別開槽于上長條形鋼塊和下長條形鋼塊一端，在其對應的另一端分別開槽，高彈性彈 簧對相向的弧形槽施加堅向荷載，從而，待測光纖受到環(huán)向約束。
[0014] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置本測試裝置還包 括兩套光纖加卸載裝置，對于人工加卸載裝置而言，螺紋圓盤以及固定圓盤將人工控制手 柄與前操作平臺連接固定，帶刻度水平橫梁貫穿移動平臺，帶刻度水平橫梁上標注有刻度， 移動平臺與前操作平臺之間有雙向力傳感器，人工控制手柄與轉(zhuǎn)動水平螺紋橫梁連接，人 工控制手柄兩端分別有轉(zhuǎn)動手柄和微調(diào)控制手柄，移動平臺受到水平螺紋橫梁的水平轉(zhuǎn)動 力，將水平荷載傳遞到初始端彈性固定裝置上；對于油壓控制加卸載裝置而言，伸縮圓柱與 油壓加卸載控制手柄相連。
[0015] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置本測試裝置還包 括特殊固定用圓座，固定用圓套管將特殊固定用圓座連接到底端水平固定橫柱，并且通過 連接鋼板將固定用堅圓座連接。
[0016] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置本測試裝置中待 測光纖，從頂端一直沿著測試裝置延伸到測試平臺下端，最后與光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng) 相連接。
[0017] 本發(fā)明所敘述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置本裝置可以通 過光纖加卸載系統(tǒng)對光纖施加動靜態(tài)荷載，配套的分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)和數(shù) 據(jù)處理分析系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時采集以及分析光纖信息，可以完成光纖不同曲率下的性能測 試，以及對其極限拉伸荷載及綜合彈性模量等參數(shù)實現(xiàn)直接或間接監(jiān)測。
[0018] 本發(fā)明所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置的測試步驟如 下：
[0019] 待測光纖與初始端彈性固定裝置連接，經(jīng)過中間滑輪連動裝置一以及中間滑輪連 動裝置二，后經(jīng)末端非剛性固定裝置被水平引出到光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)；
[0020] 步驟1 :裝配各部件并進行運行調(diào)試，根據(jù)試驗目的尤其裝配特制滑輪裝置以及 調(diào)整轉(zhuǎn)動角度調(diào)節(jié)圓柄規(guī)定試驗曲率，布設(shè)待測光纖。
[0021] 步驟2 :記錄初始時間、溫度以及待測光纖初始標距，確定加載類型和動靜態(tài)監(jiān)測 方式，通過雙向力傳感器所監(jiān)測的結(jié)果來控制加載級數(shù)，后對試件進行受力試驗。
[0022] 步驟3 :基于試驗目的，監(jiān)測、采集各個部位的長度、角度和荷載等監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0023] 步驟4:基于待測光纖的上述力學試驗，利用采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行時時靜動態(tài) 分析。
[0024] 有益效果
[0025] 發(fā)明提供的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置及方法，對于光纖選 型、設(shè)計、生產(chǎn)、采購、施工以及使用提供了一個可靠的動靜態(tài)多自由度加卸控制系統(tǒng)，對于 光纖傳感參數(shù)的標定、應用于工程前的性能檢測以及進一步完善分布式光纖理論及其實際 應用，提供了較好的測試平臺；本發(fā)明巧妙設(shè)計了多種光纖彈性固定系統(tǒng)，將光纖無損耗且 多自由度固定，依靠獨特滑輪連桿裝置可隨意改變光纖彎曲角度，實現(xiàn)多目標監(jiān)測；采用特 殊設(shè)計的人工和油壓兩套加卸載系統(tǒng)實現(xiàn)了自由控制光纖動靜態(tài)加卸載，其布里淵頻移獲 取系統(tǒng)、力傳感系統(tǒng)以及溫度采集系統(tǒng)等輔助設(shè)備可以實現(xiàn)對其力學性能以傳感性能的實 時采集和分析。
[0026] 本發(fā)明對于分布式光纖傳感技術(shù)在實際應用中精度校準以及提高都具有重要的 意義，本測試平臺所有部件均可自由拆卸與裝配，為完成不同測試要求搭建了一個多目標 測試平臺，給可能的試驗探究提供了巨大的二次開發(fā)空間，本發(fā)明的裝置，具有構(gòu)造輕便、 價格低廉、操作方便、受干擾小、測試類多、適應性強、性能穩(wěn)定以及加卸方便等眾多優(yōu)勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置的平面示意圖；
[0028] 圖2是圖1中局部I結(jié)構(gòu)的放大示意圖；
[0029] 圖3是圖1中局部II結(jié)構(gòu)的放大示意圖；
[0030] 圖4是圖1中局部III結(jié)構(gòu)的放大示意圖；
[0031] 圖5為本發(fā)明的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置的主視圖；
[0032] 圖6為本發(fā)明的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置1-1剖面圖；
[0033] 圖7為本發(fā)明的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置2-2剖面圖；
[0034] 圖8為本發(fā)明試驗裝置中初始端彈性固定裝置71剖面圖；
[0035] 圖9為本發(fā)明試驗裝置中中間滑輪連動裝置一 72剖面圖；
[0036] 圖10為本發(fā)明試驗裝置中中間滑輪連動裝置二73剖面圖；
[0037] 圖11為本發(fā)明試驗裝置中末端非剛性固定裝置74剖面圖；
[0038] 圖12為本發(fā)明試驗裝置中末端非剛性固定裝置74的3-3剖面圖；
[0039] 圖13為本發(fā)明試驗裝置中特制滑輪裝置16剖面圖；
[0040] 圖14為本發(fā)明試驗裝置中特制滑輪裝置16的4-4剖面圖；
[0041] 圖15為本發(fā)明試驗裝置中特殊固定用圓座92剖面圖；
[0042] 圖16為基于本發(fā)明裝置光纖水平拉伸試驗對比圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步詳細說明：
[0044] 分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置及方法，它是由光纖多自由度固 定系統(tǒng)70、人工加卸載裝置81以及油壓控制加卸載裝置40、待測光纖80、分布式光纖布里 淵頻移獲取系統(tǒng)50、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)60以及其他輔助系統(tǒng)組成。
[0045] 其中，光纖多自由度固定系統(tǒng)主要包括初始端彈性固定裝置71、中間滑輪連動裝 置一 72和中間滑輪連動裝置二73以及末端非剛性固定裝置74,通過控制多自由度固定系 統(tǒng)70中的不同裝置實現(xiàn)待測光纖不同方向、不同曲率上的布設(shè)；光纖分布式光纖布里淵頻 移獲取系統(tǒng)50主要用來采集光纖處于靜態(tài)或者動態(tài)受力條件下，布里淵頻移量值等光纖 光學信息；數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)60主要是在線處理與分析分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng) 以及力傳感器、高靈敏度溫度計等采集到的數(shù)字化信息；其他輔助測試裝置主要包括高靈 敏度電子溫度計91、特殊固定用圓座92、油壓加卸載控制手柄93以及減震彈性支架94等 配套附屬裝置。
[0046] 光纖多自由度固定系統(tǒng)70包括四種不同設(shè)計思路和使用方法的光纖多自由度固 定裝置，其中初始端彈性固定裝置71中通過緊固螺桿1貫通弧形前倉2,將初始端彈性固定 裝置牢固地固定于初始固定端放置臺46,光纖通過弧形前倉2中小口徑光纖連通通道6以 及高彈性內(nèi)環(huán)壁5中的微小口徑光纖聯(lián)通通道7,通過轉(zhuǎn)動連通螺桿4上的調(diào)節(jié)螺栓8不斷 對高彈性內(nèi)環(huán)壁5施加軸向的壓力，高彈性內(nèi)環(huán)壁5因受到軸向壓力不斷受迫而發(fā)生軸向 壓縮，但其縱向截面因受到圓L型外環(huán)壁3的縱向壓力束縛，其將不斷地縱向緊固微小口徑 光纖聯(lián)通通道7,最終將微小口徑光纖聯(lián)通通道7中的光纖緊緊壓制于其中，采用橫向受壓 聯(lián)動縱向彈性變形的方法將目標光纖以非剛性的方式緊固于拉伸端，可以極為有效地避免 光纖在受到剛性夾具夾持時因材料硬度不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的物理損傷。本發(fā)明的初始端彈性固 定裝置71為針對本試驗平臺特殊要求而設(shè)計，更換方便、操作簡單、實用性強，其為光纖性 能測試提供了有力的保障。
[0047] 光纖多自由度固定系統(tǒng)70包括中間滑輪連動裝置一 72和中間滑輪連動裝置二 73。中間滑輪連動裝置一 72中，通過操縱與刻度圓盤9連接的角度調(diào)節(jié)圓柄10,進而帶動 控制轉(zhuǎn)動連桿18,根據(jù)不同測試需求來調(diào)節(jié)可調(diào)角度滑輪15,使得光纖在該處的彎曲角度 發(fā)生變化，固定支點圓盤11起到固定以及支點作用，水平連接滑輪14主要是將從初始端彈 性固定裝置71中引出的光纖，水平過渡到中間滑輪連動裝置一 72中，整個裝置被封裝在弧 形操作室13中，其可以自由拆卸，以便于安裝光纖以及控制操作，其主要是提供各個部件 連接及操作空間，保護各個部件免受外界可能存在的不利環(huán)境干擾，整個裝置被緊固螺桿 12牢固地固定于后操作臺20,該處發(fā)明的中間滑輪連動裝置一 72利用杠桿平衡原理，通過 固定支點高效精確地實現(xiàn)了對光纖彎曲角度的控制，其可操作性強。通過放置于后操作臺 上的中間槽內(nèi)連接滑輪16,將從中間滑輪連動裝置一 72中引出的待測光纖80引至堅向小 口徑光纖聯(lián)通通道17,連接到中間滑輪連動裝置二73。中間滑輪連動裝置二73主要包括 大直徑過渡滑輪18以及稍小直徑過渡滑輪19,其將待測光纖80簡單有效地過渡到后續(xù)試 驗段，該處發(fā)明的中間滑輪連動裝置二73巧妙利用不等直徑的大小圓盤外圓弧相切，將待 測光纖80平緩地從堅直位置過渡到水平位置，其不僅可以靈活調(diào)節(jié)光纖位置，而且可以使 得該處光纖彎曲曲率完全符合測試要求；在后操作平臺中間上部位置以及中間偏下部位置 分別設(shè)置有前后貫通的放置槽，以方便放置中間滑輪連動裝置一 72以及中間滑輪連動裝 置二 73。
[0048] 光纖多自由度固定系統(tǒng)70還包括末端非剛性固定裝置74。該裝置中通過轉(zhuǎn)動旋 轉(zhuǎn)圓環(huán)帽21可以控制旋轉(zhuǎn)圓環(huán)22進出，旋轉(zhuǎn)圓環(huán)內(nèi)壁為帶螺紋部件，光纖聯(lián)通通道25為 外壁帶螺紋薄層光纖通道，該光纖通道靠近光纖一側(cè)有一定厚度的彈性材料內(nèi)壁47,其與 光纖接觸，可以將環(huán)向荷載有效傳遞到待測光纖80中，且可以保證光纖不受到剛性量級差 距較大的高剛性部件壓迫而破壞，當旋緊旋轉(zhuǎn)圓環(huán)22時，其靠近彈性材料圓壁24的一端面 將擠壓彈性材料圓壁24,由于其外緣厚壁圓桶23剛性較大，迫使其向光纖聯(lián)通通道25方向 壓縮，外加其內(nèi)層的彈性材料內(nèi)壁47具有彈性膨脹與壓縮特性，將光纖以非剛性的方式固 定于其中。本發(fā)明的非剛性固定裝置74,合理利用了力傳遞以及平衡原理，巧妙結(jié)合彈性材 料體特性，通過螺紋間轉(zhuǎn)動連動控制荷載，較好地實現(xiàn)了光纖非剛性的連動固定，其操作簡 單，為實現(xiàn)光纖的有效操作控制提供了另一新途徑。
[0049] 本測試平臺在需要精確計算溫度效應影響或者環(huán)境溫度變化較大等情況下的溫 度補償計算時，可以將普通連接滑輪16更換為內(nèi)置彈簧的特制滑輪。本特制滑輪裝置主要 通過螺紋桿柄26轉(zhuǎn)動一端深入后操作臺20的螺紋桿27,其將連帶高彈性彈簧30壓縮，帶 動對向的弧形槽29對接，其內(nèi)敷設(shè)的待測光纖80將隨之被緊密壓實，此處發(fā)明的裝置利用 彈簧工作原理，結(jié)合螺紋加卸載思路，根據(jù)力平衡原理，通過外層設(shè)置有一定厚度彈性材料 的對向移動的弧形槽29將光纖固定于其中，其仍為彈性固定裝置，但其為該處特殊堅向固 定位置而獨特設(shè)計，可以實現(xiàn)與光纖柔性銜接，協(xié)同變形，其思路新穎，構(gòu)造簡潔，其中弧形 槽29分別開槽于上長條形鋼塊28和下長條形鋼塊31 -端，為了備用在其對應的另一端分 別開槽。將待測光纖80固定之后，從該處一直向下延伸到末端非剛性固定裝置74處的待 測光纖80為固定且自由狀態(tài)，其不受加載裝置的影響，其為只有溫度變化所引起的布里淵 頻移段，通過分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)50將本處作為溫度補償段分析計算。
[0050] 本測試平臺光纖加卸載系統(tǒng)。為了實現(xiàn)不同測試需求，設(shè)計了兩套光纖加卸載裝 置。一套為人工加卸載裝置81，其主要是通過人工控制手柄33來轉(zhuǎn)動水平螺紋橫梁32， 通過將螺紋轉(zhuǎn)動帶動移動平臺36水平向受力移動，進而拉動初始端彈性固定裝置71水平 向前移，從而可以實現(xiàn)對光纖的人工加卸載，通過螺紋圓盤35以及固定圓盤34,將其人工 控制手柄33與前操作平臺37連接固定，在附圖1中人工控制手柄33左右端分別有轉(zhuǎn)動手 柄和微調(diào)控制手柄，根據(jù)不同需要可以對其進行相應操作，帶刻度水平橫梁38貫穿移動平 臺36,其主要用來實時標注顯示刻度，在移動平臺36與前操作平臺37之間有雙向力傳感 器39,其主要用來獲取傳感光纖受到加卸載裝置作用下動靜態(tài)加荷和卸載值；第二套加載 裝置為油壓控制加卸載裝置，其主要有伸縮圓柱40、油壓加卸載控制手柄93以及油壓控制 系統(tǒng)等多部件組成。
[0051] 本測試裝置中另安裝一套溫度補償計算用高靈敏度電子溫度計91，其可以自動讀 取此刻溫度以及顯示當前日期以及時間，其為判斷外界環(huán)境溫度影響效應、進行溫度補償 計算和記錄完整測試過程的有效補充。在使用過程中可能存在過大的拉伸荷載，使得該設(shè) 備出現(xiàn)位置移動或者是在實際工程中出現(xiàn)非水平面內(nèi)使用的特殊情況，為此特殊設(shè)計了其 他輔助系統(tǒng)中的特殊固定用圓座92 :固定用圓套管42將特殊固定用圓座92連接到底端水 平固定橫柱44,并且通過連接鋼板41將固定用堅圓座43連接，在需要固定情況下通過固定 用堅圓座43以及螺栓桿將其固定于某需要固定位置處。在整個測試平臺底端安裝有減震 硬彈性支架94,其主要由內(nèi)置硬彈性材料構(gòu)成，可以用來防止外力干擾以及試驗和運輸過 程存在的震動等影響，以最大程度地降低外界環(huán)境的干擾，提高光纖測試平臺測試結(jié)果的 準確性和穩(wěn)定性。
[0052] 對于本測試裝置中的光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)50而言，對于不同的分析儀其空 間分辨率也有較大差別，待測光纖80從頂端一直沿著測試裝置延伸到試驗平臺下端，該獨 特的光纖走向，增加了待測光纖的長度，本做法目的之一即為了使得本裝置能與不同空間 分辨率的光纖分析儀更好結(jié)合使用。
[0053] 待測光纖80在受到光纖加卸載系統(tǒng)加載時其布里淵頻移的變化量值（Λ vB) 與溫度T、應變ε的變化有關(guān)，且有較好的線性關(guān)系，溫度T所引起的布里淵頻移vB(T) 用公式表示為 vB(T) =vB(T〇)+C/ ΛΤ，即 ΛνΒ(Τ) =vB(T)-vB(T。）= ATXC/，其中， vB(T0)為初始溫度T0下的布里淵頻移量值，ΛνΒ(Τ)為待測光纖被拉伸段的溫度變化所 引起的布里淵頻移變化量，C/為待測光纖被拉伸段的溫度系數(shù)，ΛΤ即為溫度的變化量 值，可以通過前述溫度補償用光纖或者高靈敏度電子溫度計91獲取結(jié)果；通過上述公式 可以計算出此時被拉伸段待測光纖因外界溫度引起的形變量值，進而根據(jù)△%( ε，T) e 伸=C ε ' Δ ε +CT ' Δ T可以得出Δ vB ( ε，T)拉伸=Δ vB ( ε )拉伸+ Δ vB⑴拉伸，即可得出 Δ νΒ( ε ) e#= Δ νΒ( ε，T) vB(T) ，最終計算出利用本測試平臺所監(jiān)測的形變量值 為
【權(quán)利要求】
1. 分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特征在于：包括光纖多自由度 固定系統(tǒng)（70)、人工加卸載裝置（81)、油壓控制加卸載裝（40)、待測光纖（80)、分布式光纖 布里淵頻移獲取系統(tǒng)（50)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)（60);光纖多自由度固定系統(tǒng)（70)依次與人 工加卸載裝置（81)和油壓控制加卸載裝（40)相連接，待測光纖（80)與光纖多自由度固定 系統(tǒng)（70)以及分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)（50)相連接；通過控制多自由度固定系統(tǒng) (70)中的裝置實現(xiàn)對光纖性能的測試；分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)（50)用于采集光 纖處于靜態(tài)或動態(tài)受力條件下布里淵頻移量值等光纖光學信息；數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)（60) 用于在線處理與分析分布式光纖布里淵頻移獲取系統(tǒng)以及力傳感器、高靈敏度溫度計等采 集到的數(shù)字化信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特征 在于：所述初始端彈性固定裝置（71)通過緊固螺桿（1)貫通弧形前倉（2)將初始端彈性 固定裝置固定于初始固定端放置臺（46)上，光纖通過弧形前倉（2)中小口徑光纖連通通道 (6)與高彈性內(nèi)環(huán)壁（5)中的微小口徑光纖聯(lián)通通道（7)，通過轉(zhuǎn)動連通螺桿（4)上的調(diào)節(jié) 螺栓（8 )對高彈性內(nèi)環(huán)壁（5 )施加軸向的壓力，通過圓L型外環(huán)壁（3 )對高彈性內(nèi)環(huán)壁（5 ) 施加橫向壓力，通過高彈性內(nèi)環(huán)壁（5 )將環(huán)向約束傳遞到微小口徑光纖聯(lián)通通道（7 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特征在 于：光纖多自由度固定系統(tǒng)（70)還包括中間滑輪連動裝置一（72)和中間滑輪連動裝置二 (73) ，后操作臺（20)中間上部與中間偏下部分別設(shè)置有前后貫通的放置槽、用于放置中間 滑輪連動裝置一（72)和中間滑輪連動裝置二（73);中間滑輪連動裝置一（72)中通過操縱 與刻度圓盤（9)連接的角度調(diào)節(jié)圓柄（10)進而帶動控制轉(zhuǎn)動連桿（18);以固定支點圓盤 (11) 為固定支點，水平連接滑輪（14)將從初始端彈性固定裝置（71)中引出光纖且水平地 過渡到中間滑輪連動裝置一（72)中；上述裝置被封裝在弧形操作室（13)中，且被緊固螺桿 (12) 固定于后操作臺（20)內(nèi)；通過放置于后操作臺（20)上的中間槽內(nèi)連接滑輪（16)，將 中間滑輪連動裝置一（72)中引出的待測光纖（80)引至堅向小口徑光纖聯(lián)通通道（17)內(nèi)、 并且連接到中間滑輪連動裝置二（73)上；中間滑輪連動裝置二（73)包括大直徑過渡滑輪 (18)以及小直徑過渡滑輪（19)，大直徑過渡滑輪（18)以及小直徑過渡滑輪（19)用于將待 測光纖（80)過渡到后續(xù)測試段。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特征 在于：光纖多自由度固定系統(tǒng)（70)還包括末端非剛性固定裝置（74);末端非剛性固定裝置 (74) 中通過轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)圓環(huán)帽（21)控制旋轉(zhuǎn)圓環(huán)（22)進出；旋轉(zhuǎn)圓環(huán)（22)內(nèi)壁內(nèi)設(shè)有螺件， 待測光纖（80)通過外壁設(shè)有螺紋的光纖聯(lián)通通道（25)，光纖聯(lián)通通道（25)靠近光纖一側(cè) 設(shè)有彈性材料內(nèi)壁（47)、且與待測光纖（80)接觸并將環(huán)向荷載傳遞到待測光纖（80)中，彈 性材料圓壁（24)受到旋轉(zhuǎn)圓環(huán)（22 )的水平向壓力，外緣厚壁圓桶（23 )將環(huán)向約束施加到 彈性材料圓壁（24)上，環(huán)向荷載傳遞到光纖聯(lián)通通道（25)中的彈性材料內(nèi)壁（47)中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特征在 于：連接滑輪（16)可更換為內(nèi)置彈簧的特制滑輪，螺紋桿柄（26)與螺紋桿（27)相連，螺紋 桿（27)的一端深入后操作臺（20)，弧形槽（29)分別開槽于上長條形鋼塊（28)和下長條形 鋼塊（31)-端，在其對應的另一端分別開槽，高彈性彈簧（30)對相向的弧形槽（29)施加堅 向荷載、環(huán)向約束待測光纖（80)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特征在 于：還包括對于人工加卸載裝置（81)與油壓控制加卸載裝置；人工加卸載裝置（81)上的螺 紋圓盤（35)以及固定圓盤（34)將人工控制手柄（33)與前操作平臺（37)連接固定，帶刻度 水平橫梁（38)貫穿移動平臺（36)，帶刻度水平橫梁（38)上標注有刻度，移動平臺（36)與前 操作平臺（37)之間有雙向力傳感器（39)，人工控制手柄（33)與轉(zhuǎn)動水平螺紋橫梁（32)連 接，人工控制手柄（33)兩端分別有轉(zhuǎn)動手柄和微調(diào)控制手柄，移動平臺（36)受到水平螺紋 橫梁（32)的水平轉(zhuǎn)動力，將水平荷載傳遞到初始端彈性固定裝置（71)上；油壓控制加卸載 裝置上的伸縮圓柱（40)與油壓加卸載控制手柄（93)相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特征在 于：還包括固定用圓座（92)，固定用圓套管（42)將固定用圓座（92)連接到底端水平固定 橫柱（44)，并且通過連接鋼板（41)將固定用堅圓座（43 )連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特征在 于：待測光纖（80)從頂端一直沿著測試裝置延伸到測試平臺下端與光纖布里淵頻移獲取 系統(tǒng)（50)相連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特征 在于：通過光纖加卸載系統(tǒng)對光纖施加動靜態(tài)荷載，配套的分布式光纖布里淵頻移獲取系 統(tǒng)（50)和數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)（60)實現(xiàn)實時采集以及分析光纖信息，完成光纖不同曲率下 的性能測試以及對其極限拉伸荷載及綜合彈性模量等參數(shù)實現(xiàn)直接或間接監(jiān)測。
10. 利用上述權(quán)利要求所述的分布式傳感光纖多目標多自由度靜動態(tài)測試裝置，其特 征在于，測試方法步驟如下： 待測光纖（80)與初始端彈性固定裝置（71)連接，經(jīng)過中間滑輪連動裝置一（72)以及 中間滑輪連動裝置二（73)，后經(jīng)末端非剛性固定裝置（74)被水平引出到光纖布里淵頻移 獲取系統(tǒng)（50); 步驟1 :裝配各部件并進行運行調(diào)試，根據(jù)試驗目的尤其裝配特制滑輪裝置（16)以及 調(diào)整轉(zhuǎn)動角度調(diào)節(jié)圓柄（10)規(guī)定試驗曲率，布設(shè)待測光纖（80); 步驟2 :記錄初始時間、溫度以及待測光纖初始標距，確定加載類型和動靜態(tài)監(jiān)測方 式，通過雙向力傳感器39所監(jiān)測的結(jié)果來控制加載級數(shù)，后對試件進行受力試驗； 步驟3 :基于試驗目的，監(jiān)測、采集各個部位的長度、角度和荷載等監(jiān)測數(shù)據(jù)； 步驟4 :基于待測光纖（80)的上述力學試驗，利用采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行時時靜動態(tài) 分析。
【文檔編號】G01M11/00GK104142224SQ201410351312
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】蘇懷智, 楊孟 申請人:河海大學
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