[发明专利]高温光纤传感器热力耦合实验测试装置

说明书

技术背景：

飞行器的工作环境往往是极端恶劣的，所以要求飞行器的外部结构材料必须拥有优异的防热承力性能，超高温陶瓷、高温合金等耐高温材料因其在高温环境下的优越性能在航天航空领域中被广泛应用，但在高温条件下其材料的结构温度响应测试手段却相对有限。高温光纤光栅传感器具有抗电磁干扰能力强、尺寸小、耐腐蚀性好、复用能力强、传输距离远等优点，因此在结构健康监测领域中的应用相当广泛。

高温光纤传感器存在很多优点不容置疑，但也存在着退火段脆弱封装困难等缺点，在高温光纤传感器应用航天领域之前，我们必须进行大量的实验去探索高温光纤的特性和模拟真实工况下的测试方法。为了客观真实的评价典型热防护材料的热力耦合性能，因此发明了高温光纤传感器热力耦合实验测试装置。

发明内容：

本发明针对高温光纤传感器，发明了一种高温光纤传感器热力耦合实验测试装置。

本发明产生的有益效果：

本发明能为高温光纤传感器提供贴近真实工况的高温热环境，同时建立了热环境温度的测量方法和控制方法，本发明还能分别对试验件平行和垂直于光纤传感器的方向施加约束力，同时建立了边界压力值的测量方法和控制方法。已知的温度数据和已知的边界约束力数据不但能为数值仿真提供准确的边界条件，还能为模拟真实工况下的高温光纤传感器响应测试提供客观依据和理论基础。

本发明所述一种高温光纤传感器热力耦合实验测试装置，包括高温夹具组件、试验结构组件、粘结平台和实验台，其特征在于：在实验台上高温夹具组件夹持试验结构组件与粘结平台在同一水平面上，

所述高温夹具组件由U型槽101、丝杆102、隔热材料103、隔热材料106和可移动结构105得到，U型槽101一端有丝杆102穿过，丝杆102与可移动结构105连接在一起为一体结构，可移动结构105与U型槽101另一端组成紧固结构；紧固结构内侧壁垂直丝杆方向设有两块隔热材料103，紧固结构下侧平行于丝杆方向设有隔热材料106；两块隔热材料103组成了高温夹具；U型槽101另一端上部开有压力传感器通孔104；隔热材料106中心位置开有高能量激光束射入孔107；

所述试验结构组件由高温光纤传感器201、试验件202和热电偶测温装置接入结构203组成，试验件202上放置高温光纤传感器201，高温粘结剂204将高温光纤传感器201粘结于试验件202上，高温光纤传感器201两侧设有热电偶测温装置接入结构203；

所述粘结平台放置于实验台上且分别置于高温夹具组件两侧，试验件202与粘结平台301保持在同一水平面上；

所述实验台由台面和支撑结构组成，实验台中心位置设有激光射入孔402，激光射入孔402与高能量激光束射入孔107直径相等，实验台401下部支撑结构固定有H型激光加热器支架404，激光加热器支架404中心位置开有与激光射入孔402垂直的激光加热器装配孔403，用于固定激光加热器，从而使高能量激光束射入孔107、激光射入孔402和激光加热器装配孔403在同一条直线上。

所述U型槽101是钢制结构加工出来的凹槽。

所述隔热材料为刚玉。

所述试验件202为热防护材料。

所述热防护材料为碳/碳复合材料，陶瓷复合材料。

高温光纤传感器热力耦合实验测试装置的测试方法，包括如下步骤：第一步，将高温光纤传感器(201)接入光纤信号解调仪，热电偶接入数据采集器，启动高能量激光加热器通过激光束射入孔(107)照射试验件(202)底部。第二步，通过光纤信号解调仪采集应变与温度耦合作用产生的波长信号，通过热电偶实时监测采集试验件(202)表面的温度。第三步，通过数据解耦方法进行应变响应数据及温度响应数据解耦，同时获得试验件(202)热力耦合条件下的实时温度与应变。

附图说明：

图1是本发明中试验件高温夹具的示意图；

图2是本发明中试验件与高温光纤传感器粘接示意图；

图3是本发明中高温夹具与试验件组装示意图；

图4是本发明中压力传感器示意图；

图5是本发明中高温夹具与压力传感器组装示意图；

图6是本发明中光纤传感器粘结平台的示意图；

图7是本发明中高温夹具、试验件与粘结平台组装的示意图；

图8是本发明中高温光纤传感器实验台示意图；

图9是本发明中试验件夹持装置与实验台组装示意图；

图10是本发明中激光加热器示意图；

图11是高温光纤传感器热力耦合实验测试装置整体示意图；