[发明专利]基于含孔金属结构中光纤光栅传感器温度应力解耦方法

说明书

本发明提供一种金属孔结构中光纤光栅传感器温度应力解耦方法，步骤如下：一，光纤光栅传感器布局设计；二，测量被测基体的初始状态；三，为被测基体施加递增的拉力，测量第一组两个栅点的中心波长变化情况；四，给被测基体同时施加外力和温度的影响，测量各栅点中心波长的变化量；五，进一步计算出孔边其他各点所受应力应变；通过以上步骤，本发明实现了金属孔结构中光纤光栅传感器温度、应力解耦，分别求出了其所受的温度大小和应力大小，从而提高了光纤光栅应力传感器监测结构应力时的精度，解决了实际应用中光纤光栅应力传感器受到温度影响导致精度下降的问题，同时有利于光纤布拉格光栅传感器的推广应用。

技术领域

本发明提供一种基于含孔金属结构的光纤光栅传感器温度应力解耦方法，它涉及一种将光纤光栅传感器用于监测金属材料孔结构裂纹或者应力时，受到温度影响导致监测准确度下降的情况，实现光纤光栅传感器的应力、温度解耦方法,属于结构健康监测技术领域。

背景技术

光纤光栅以其质量轻、抗电磁干扰、抗腐蚀等多种优点被广泛应用于结构健康监测领域，但是在光纤光栅传感器的实际应用中，不仅受到应力应变的作用，也受到温度变化的影响，导致光纤光栅传感器解调精度的降低，限制了光纤光栅传感器的推广应用。

光纤光栅传感器的应力、温度解耦是提高光纤光栅传感器解调精度的有效方法之一。现今光纤光栅传感器应力、温度解耦主要采用温度应变双参数同时测量法或者温度补偿法。温度应变双参数同时测量法主要包括了双参数矩阵法、双光栅叠加法等。其中双参数矩阵法引入了另外一个参量，故需要增加与此参量对应的测试系统，具有一定的局限性；双光栅叠加法需要两个宽带光源，并在光纤传感器同一位置写入波长相差较大的栅点，其制作难度和成本都较高。至于温度补偿法，最常见的是参考光栅法，该方法能有效实现光纤光栅传感器的温度、应变解耦，但是参考光纤易受到破坏，若考虑埋入式的金属管，则会造成基体本身力学性质的变化，导致其强度、韧性等的下降；此外，温度补偿法还采用聚合物封装法或负膨胀系数法，该类方法由于材料性质特殊，导致造价十分昂贵，不利于广泛应用。

针对以上问题和现状，提出一种含孔金属结构中光纤光栅传感器温度应力解耦方法。

发明内容

(一)本发明的目的是：

针对光纤光栅传感器用于监测金属材料孔结构裂纹或者应力时，受到温度影响导致精度下降的情况，提出一种光纤光栅传感器的温度、应力解耦方法，将光纤光栅传感器所受温度和应力的大小解调出来，从而提高光纤光栅应力应变传感器的精度。

(二)其具体技术路线如下：

本发明一种金属孔结构中光纤光栅传感器温度应力解耦方法，其具体步骤如下：

步骤一，光纤光栅传感器布局设计。针对金属孔结构的特点，采用环形布局的思想，使用两路埋入式光纤光栅传感器，将所有栅点分为8组，每组两个栅点，分别来自两路传感器；

步骤二，测量被测基体的初始状态，即不受外力且温度稳定的状态下各栅点的中心波长及温度；

步骤三，为被测基体施加递增的拉力，测量第一组两个栅点的中心波长变化情况，如图4所示；可以看出，给光纤光栅传感器的横向和纵向施加相同的力，导致中心波长的变化幅度差别很大，且中心波长变化的差值大小与力的大小成正比；

步骤四，给被测基体同时施加外力和温度的影响，测量各栅点中心波长的变化量，并计算每组栅点中心波长变化量的差值，取中心波长变化量差值最小的点作为“理想不受应力点”。“理想不受应力点”是指八组栅点中受应力影响最小的点，可近似认为该点不受应力的影响；

步骤五，由于“理想不受应力点”被认为不受到应力应变的作用，所以可根据“理想不受应力点”的波长变化计算出此时金属孔结构温度的变化量，从而进一步计算出孔边其他各点所受应力应变。