[发明专利]一种星用光纤光栅应变传感器在轨超长寿命预测方法

权利要求书

1.一种星用光纤光栅应变传感器在轨超长寿命预测方法，其特征在于：主要包括以下步骤，

步骤1、搭建应变测量系统；

将单只光纤光栅应变传感器通过胶粘剂粘贴在标准梁上，在标准梁上依次增加砝码，使标准梁拉伸，带动光纤光栅应变传感器产生应变，直到光纤光栅应变传感器达到实际工作环境下的最大发生应变值，此时记为初始时刻t₀；

步骤2、实验、数据采集处理；

假设光纤光栅应变传感器实际工作环境温度为T₀，至少准备同一批次的光纤光栅应变传感器3只，每只传感器分别按照步骤1中的方法搭建应变测量系统，每套应变测量系统放置在不同恒温箱中，光纤光栅应变传感器通过传导光纤与温箱外的解调系统相连，实时读取光纤光栅应变传感器的波长值，通过波长变化量，换算应变值，进而得到应变变化百分比随时间的变化；

步骤3、数据拟合反推；

通过应变变化百分比与时间关系的拟合得到不同温度下的性能变化常数β；对性能变化常数β与温度T进行数据拟合，进而得到实际工作温度T₀下的性能变化常数β_T0，根据寿命极限下的应变变化百分比，反推光纤光栅应变传感器在实际工作温度T₀下的寿命预测时间t_T0；

步骤3中的具体计算过程为：

步骤3.1，通过波长变化量Δλ_im，求出应变值a_im；得到应变变化百分比随时间的变化；

令t₀时，第i个保温箱中光纤光栅应变传感器初始波长值为λ_i0，第i个保温箱中光纤光栅应变传感器第m组记录波长值为λ_im，则光纤光栅应变传感器测得波长值的变化量可以表示为：

Δλ_im＝λ_im-λ_i0 (1)

应变值a_im与波长变化量Δλ_im的换算关系为：

a_im＝Δλ_im/k (2)

式中，k为应变灵敏度系数，每个光纤光栅应变传感器的k为恒定已知常数，实验前都已测量；

步骤3.2，数据拟合得到光纤光栅应变传感器在实际工作温度T₀下的性能变化常数β_T0；

定义：应变变化百分比γ与实验时间t的关系表示为

γ＝αe^-βt (3)

式中，γ为相对于初始时刻t₀时的应变变化百分比，β为与温度有关的性能变化常数；α为常数；通过实验得到25组γ与t的数据，经过数据拟合，可获得表达式中的α值和β值，进而得到γ与t的表达式；

实验在三个温度下进行，于是得到了三个温度T₀+10℃、T₀+20℃和T₀+30℃下的三个β_T0+10℃、β_T0+20℃和β_T0+30℃值；对β与T进行拟合，得到β与T的关系式，进而得到光纤光栅应变传感器在实际工作温度T₀下的性能变化常数β_T0；

步骤3.3，计算光纤光栅应变传感器在实际工作温度T₀下的寿命预测时间t_T0；

在公式(3)的表达式中，带入光纤光栅应变传感器寿命极限时的寿命极限值γ_寿命极限，可得到在温度T₀+30℃下的寿命时间t_T0+30℃；

由公式(3)可知，

带入上述已求的β_T0、β_T0+30℃和t_T0+30℃，便可得到光纤光栅应变传感器在实际工作温度T₀下的寿命预测时间t_T0。