[發明專利]一種基于光纖光柵和紅外雙傳感技術的多物理場測量系統

有效

• 申請號: 201611074841.2
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106767965B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 楊文玉;張彥輝;何少杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01D5/40
• 分類號: G01D5/40
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦

本發明公開了一種基于光纖光柵和紅外雙傳感技術的多物理場測量系統，其包括光纖光柵傳感單元、紅外熱像儀傳感單元、數據采集單元和控制處理單元，所述光纖光柵傳感單元包括彼此相連的光纖光柵傳感器和光纖解調儀，光纖光柵傳感器粘貼至待測工件上，光纖解調儀與控制處理單元相連；紅外熱像儀傳感單元包括彼此相連的紅外熱像儀和數字圖像采集卡，數字圖像采集卡與所述控制處理單元相連；數據采集單元包括帶輸入輸出功能的數據采集卡，其輸出端與光纖解調儀和紅外熱像儀相連，其輸入端與所述控制處理單元相連；控制處理單元包括工控機和軟件平臺。本發明可實現加工過程中切削區域附近多種物理場的精密測量，有助于切削機理的研究。

技術領域

本發明屬于精密測量技術領域，更具體地，涉及一種基于光纖光柵和紅外雙傳感技術的多物理場(溫度場/應變場/振動)同步精密測量系統。

背景技術

切削加工過程中伴隨著復雜的力熱耦合現象，精確地測量加工過程中的溫度場、應變場、振動(尤其是監測切削過程中的顫振現象)，對于加工過程的機理研究具有重要作用。現有的加工溫度測量方法主要包括熱電偶法、紅外熱輻射法、具有已知熔點的細粉末涂層法、熱敏涂料法等；而現有的應變測量技術包括莫爾條紋，熱彈性應力分析，激光散斑干涉，以及數字圖像相關等方法。

上述現有的測量方法存在以下問題：1)大部分方法只能對切削過程中的平均溫度或有限點位置處的溫度進行測量，而且盡管許多研究人員已使用紅外熱像儀法對整個切削過程中的溫度場進行測量，但實際測量過程中，紅外熱像儀的測量精度低，尤其是對于金屬材料的加工溫度場的測量，金屬的高反射率導致紅外發射率很低，并且發射率隨著溫度變化而不同，使得紅外切削溫度場測量誤差大；2)作為通用的應變場測量方法—數字圖像相關法，其高溫熱輻射對傳統高速數碼相機的成像產生干擾，而且數字圖像相關法所得到的是位移場，當將其轉化為應變場時，測量噪聲不可避免地被放大；3)雖然從切削機理上看，切削過程中的溫度場、應變場、振動是一個耦合且不斷相互轉換的物理場過程，但是目前沒有資料顯示，有人員從測量的角度對這三個場進行同時進行測量。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于光纖光柵和紅外雙傳感技術的多物理場(溫度場、應變場、振動)測量系統，其利用光纖光柵和紅外技術構建一個雙傳感器系統，結合這兩類傳感器的技術優勢，對切削加工過程中溫度場、應變場和振動進行同步精密測量，實現加工過程中切削區域附近多種物理場的精密測量，從而有助于切削機理的研究。

為實現上述目的，本發明提出了一種基于光纖光柵和紅外雙傳感技術的多物理場測量系統，該系統包括光纖光柵傳感單元、紅外熱像儀傳感單元、數據采集單元和控制處理單元，其中：

所述光纖光柵傳感單元包括彼此相連的光纖光柵傳感器和光纖解調儀，所述光纖光柵傳感器用于獲得切削加工過程中的溫度場、應變場和振動數據，其粘貼至待測工件上，所述光纖解調儀與所述控制處理單元相連；

所述紅外熱像儀傳感單元包括彼此相連的紅外熱像儀和數字圖像采集卡，所述紅外熱像儀用于獲得切削加工過程中的紅外成像數據，所述數字圖像采集卡與所述控制處理單元相連；

所述數據采集單元包括帶輸入輸出功能的數據采集卡，其輸出端分別與光纖解調儀和紅外熱像儀相連，其輸入端與所述控制處理單元相連；

所述控制處理單元用于實現溫度場、應變場和振動數據以及紅外圖像數據的同步獲取，并根據溫度場、應變場和振動數據以及紅外圖像數據實現溫度場、應變場和振動的多物理場同步測量。

作為進一步優選的，所述光纖光柵傳感器的采樣率為2MHz，其光柵在布點上的空間分辨率小于0.2mm。

作為進一步優選的，所述根據溫度場、應變場和振動數據以及紅外圖像數據實現溫度場、應變場和振動的多物理場同步測量包括溫度場測量、應變場測量和振動測量。