[發明專利]一種基于光纖傳感器測量阻尼材料耗能的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310275853.1
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103344665A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 黃志雄;萬光兵;石敏先;竇榮洋;代璟;陳肇銳
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及到材料科學和光電子信息科學技術領域，具體涉及利用光纖傳感器測量阻尼材料振動吸收機械能轉變為熱能的裝置及方法。

背景技術

目前，機械振動隨處可見，其廣泛存在于國民生活生產的各個方面，大到飛機、導彈、火箭、神舟飛船等，小到汽車、船舶、機械等交通工具，強烈的振動會影響儀器儀表的工作準確性和穩定性，嚴重的還會因疲勞破壞而縮短結構的壽命或因共振而損壞。同時由于振動產生的噪聲更是危害環境和人類健康。因此，減振降噪是一個急需解決的問題。

人們研究出多種減振降噪的方法，其中阻尼技術是控制振動的有效方法。阻尼材料是一種能吸收振動機械能，并將它轉化為熱能、電能、磁能或其它形式的能量而損耗掉的一種功能材料。它利用阻尼材料在變形時把動能變成熱能的原理降低結構的共振振幅，增加疲勞壽命和降低機構噪聲。阻尼材料在振動時由于不停地將機械能轉化為熱能，阻尼材料的溫度會上升，相比初始振動時會產生一個溫度差。在單位時間內，阻尼性能越好的材料，在相同的振動條件下，其吸收機械能的能力越強，則其振動轉換成熱能的能量也越多，并且阻尼材料在振動初始至一定時間之后，其溫度差值也會越大；若材料的阻尼性能差，則在單位時間內振動的機械能轉化為熱能的能量少，阻尼材料的溫度差值也會小。

對阻尼材料振動阻尼性能的研究目前有三種常用方法：一是動態力學熱分析法，使用粘彈譜儀DMA獲取材料的儲能模量和損耗模量，進而計算出材料的損耗因子；二是懸臂梁法；三是振動時間衰減法。這三種方法均為在實驗狀態下對阻尼材料阻尼性能的測試，在應用中還有很多實際工程應用要求需進行考慮。

光纖傳感技術是伴隨著光通信技術的發展而發展起來的新型傳感技術，其是利用光纖對某些特定的物理量敏感特性，將外界物理量轉換成可以直接測量的信號技術。由于光纖不僅可以作為光波的傳播媒介，而且由于光波在光纖傳播時表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態、波長等）因外界因素(如溫度、壓力、應變、磁場、電場、位移、轉動等)的作用而直接或間接發生變化，從而也可以將其用作傳感元件來探測各種物理量。光纖傳感器有其獨特的優點：高靈敏度、耐腐蝕、體積小、抗電磁干擾、可彎曲、結構簡單以及與光纖傳感線路相容等。其應用范圍相當廣泛，如在醫學方面、流體溫度及壓力測量、電力系統檢測、建筑橋梁、航空航天等等。

光纖溫度傳感器可分為分布式光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖熒光溫度傳感器、干涉型光纖溫度傳感器、基于彎曲損耗的光纖溫度傳感器等。光纖光柵溫度傳感器是根據光纖光柵反射波長會隨溫度的變化而產生“波長移位”的原理制成的。它的傳感信號為波長調制，使其測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗的探測器老化等因素的影響，很容易將其埋入材料中對其內部的溫度進行高分辨率和大范圍地測量。

現有的將光纖傳感器應用于阻尼材料耗能機理測量方面的專利基本沒有。現有中國專利CN2763785Y文獻“一種光纖光柵溫度傳感器的封裝結構”，采取的是將整個結構封裝在金屬管內，通過密封圈和密封栓封裝，封裝結構較為復雜；中國專利CN101545791A文獻“光纖傳感器及其在折射率及應變測量中的應用”，特別適用于聚合物的固化過程監控。中國專利102680140A文獻“一種基于光纖光柵溫度傳感器的依然易爆物品溫度檢測方法”，將光纖傳感器粘貼于易燃易爆物品關鍵位置，通過光纖光柵溫度的改變量得到易燃易爆物品的改變量。目前還沒有關于將光纖傳感器應用于阻尼材料性能研究的應用。

發明內容

本發明的目的之一在于：克服已有的技術局限，將光纖傳感器引入阻尼材料研究應用領域，提供一種新的測量阻尼材料阻尼性能的方法，為阻尼材料阻尼機理的研究提供了一種全新的研究思路，采用了新的測量技術手段，直接定量測定阻尼材料振動耗能大小，為阻尼材料阻尼性能的研究提供直接依據。本發明可以實現對材料阻尼性能的實時測量。

本發明的目的之一在于：提供一種測量阻尼材料在振動過程中產生熱量大小的裝置，該裝置通過光纖傳感器直接測量阻尼材料振動后所產生的溫度差值，判斷材料的阻尼性能，在一定時間內，所測得差值越大，阻尼性能越好；差值越小，阻尼性能越差。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的光纖傳感器測量阻尼材料耗能的裝置，包括測量部分、遠程控制電腦和輔助裝置部分，所述測量部分中的光纖解調儀通過傳輸光纖與遠程控制電腦連接；所述輔助裝置部分由輔助金屬夾具和振動驅動儀組成，輔助金屬夾具的夾頭夾持住阻尼材料的一端，振動驅動儀裝在阻尼材料粘貼鐵片的一端，驅動懸臂梁振動。