[發(fā)明專利]一種光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置及其安裝方法

在審

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• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN104596434A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔凡金;張偉;劉寶瑞;王智勇;靳榮華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京強(qiáng)度環(huán)境研究所;中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)輻射熱環(huán)境下的光纖布拉格光柵高溫應(yīng)變測試裝置及其安裝方法，屬于高溫應(yīng)變測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)熱強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)是為解決飛行器超聲速飛行時(shí)的氣動熱問題而發(fā)展起來的一種地面模擬試驗(yàn)技術(shù)。伴隨著飛行器飛行速度的快速提升，飛行器經(jīng)受的氣動熱環(huán)境愈發(fā)嚴(yán)酷，迎風(fēng)面、舵等結(jié)構(gòu)的溫度能夠達(dá)到上千度。在如此高溫下，結(jié)構(gòu)的高溫應(yīng)變測試裝置已成為制約結(jié)構(gòu)熱強(qiáng)度試驗(yàn)的主要因素。

已有的高溫應(yīng)變測量技術(shù)可分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式的高溫應(yīng)變測量方法有高溫電阻式應(yīng)變片和光纖應(yīng)變測試裝置等。非接觸式高溫應(yīng)變測量方法有基于數(shù)字圖像處理的方法、干涉應(yīng)變計(jì)法、激光散斑法，電子散斑干涉方法、云紋干涉法和數(shù)字圖像相關(guān)方法等。由于結(jié)構(gòu)熱強(qiáng)度試驗(yàn)中，采用石英燈輻射加熱的方法，石英燈的高溫輻射會對非接觸式光學(xué)應(yīng)變測量方法產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾，無法滿足高溫應(yīng)變測試需求。高溫電阻應(yīng)變片是當(dāng)前較為成熟的應(yīng)變測試方法，但是高溫應(yīng)變片價(jià)格昂貴，布線復(fù)雜，這極大的限制了高溫應(yīng)變片在結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)中的大量采用。

隨著光纖技術(shù)的成熟，由于光纖的體積小、質(zhì)量輕、耐高溫和抗電磁干擾等優(yōu)勢，光纖高溫應(yīng)變傳感技術(shù)也得到了快速發(fā)展，以光纖琺珀高溫應(yīng)變測試裝置和布拉格光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置最為突出。光纖琺珀高溫應(yīng)變測試裝置耐溫性實(shí)現(xiàn)較為容易，但復(fù)用難度很大，每根光纖往往只能連接一個(gè)測量點(diǎn)，加工成本也十分昂貴。布拉格光纖光柵測試裝置具有波長調(diào)制、多路復(fù)用的特點(diǎn)，抗干擾能力更強(qiáng)，制作方便，成為高溫應(yīng)變測試的研究熱點(diǎn)。但是由于布拉格光柵在高溫下很容易退化擦除，因此目前布拉格光纖光柵的應(yīng)用溫度在600℃以下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高溫輻射加熱環(huán)境下結(jié)構(gòu)的光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置及其安裝方法，解決高溫環(huán)境下應(yīng)變的測量問題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：一種光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置，包括應(yīng)變傳感光纖，在應(yīng)變傳感光纖具有布拉格光柵，其中：還包括：2個(gè)“8”字形石英管、溫度參考光纖；所述“8”字形石英管為將兩個(gè)石英管熔焊在一起而形成的具有雙孔通道的細(xì)管；溫度參考光纖與應(yīng)變傳感光纖相同；應(yīng)變傳感光纖和溫度參考光纖分別穿過2個(gè)“8”字形石英管，成平行狀；應(yīng)變傳感光纖分別與兩個(gè)“8”字形石英管利用固定材料固定在一起，溫度參考光纖只與一個(gè)“8”字形石英管固定在一起，另一端懸空。

如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置，其中：在應(yīng)變傳感光纖和溫度參考光纖的布拉格光柵部分鍍有金反射膜。

如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置，其中：所述固定材料為耐高溫膠或石英。

如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置，其中：還包括臨時(shí)基底，在不進(jìn)行測量時(shí)，將2個(gè)“8”字形石英管粘接于臨時(shí)基底。

一種光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置安裝方法，安裝如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置，對于試驗(yàn)件進(jìn)行測試，其中，包含如下步驟：

步驟1、在試驗(yàn)件應(yīng)變待測位置，利用耐高溫膠涂覆或采用熱噴涂方法制作基層，基層位置與面積與兩個(gè)“8”字形石英管的安裝位置相匹配；

步驟2、采用夾持工具將兩個(gè)“8”字形石英管固定于對應(yīng)的基層上，然后使用與基層相同的材料與制作工藝制作安裝層，使所述測試裝置與試驗(yàn)件固定在一起，完成測試裝置的安裝。

如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置安裝方法，其中：

在步驟1中，首先在試驗(yàn)件上涂覆或噴涂一層過渡層，過渡層熱膨脹系數(shù)介于試驗(yàn)件與“8”字形石英管之間，然后，在過渡層上制作基層。

如上所述的光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置安裝方法，其中：在步驟2中，隨著試驗(yàn)件表面溫度的升高，應(yīng)變傳感光纖與溫度參考光纖與試驗(yàn)件表面的距離隨之增加。

本發(fā)明的效果在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種專用于結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)輻射加熱環(huán)境下的光纖光柵高溫應(yīng)變測試裝置及其安裝方法，解決光纖光柵高溫退化問題，可應(yīng)用于近千度的熱試驗(yàn)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的高溫應(yīng)變測量。具體具有如下優(yōu)勢。

1）針對結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)中輻射加熱特殊環(huán)境，將布拉格光柵光纖表面鍍高反射率金膜，通過反射輻射減少輻射加熱器對光柵光纖的輻射加熱；

2）“8”字形石英管使應(yīng)變、溫度感應(yīng)光柵處于懸空狀態(tài)，減少了高溫試驗(yàn)件對光纖光柵的導(dǎo)熱，使光纖光柵處于相對試驗(yàn)件較低的溫度環(huán)境中；

3）采用雙光柵光纖方式，結(jié)合“8”字形石英管，保證了應(yīng)變傳感光柵和參考光柵具有相近的位置，相近的溫度，參考光柵能較好的實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償；