[發明專利]一種光纖環式殘余應力測試系統及殘余應力測試方法

有效

• 申請號: 201911294201.6
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN110940445B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 徐堯;陶杰;李卓樞;肖盼;田野;張偉斌;張建中;楊占鋒;李麗
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所;哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 郭會

本發明公開了一種光纖環式殘余應力測試系統，包括若干光纖傳感器、傳輸光纖、解調裝置及數據處理裝置；若干光纖傳感器通過傳輸光纖串聯并繞制成圓形構成光纖傳感器環，光纖傳感器環固定于待測材料表面并通過傳輸光纖接入解調裝置，解調裝置與數據處理裝置電連接；光纖傳感器用于測試鉆孔前后其所在測點的波長信號，并將測得的波長信號通過傳輸光纖傳輸至解調裝置，解調裝置用于解調并記錄光纖傳感器環上所有光纖傳感器測得的波長信號并輸出至數據處理裝置，數據處理裝置用于對解調裝置輸出的數據進行數據處理及分析。本發明的系統可有效降低鉆孔法測試時應變傳感器的安裝難度，減少操作帶來的誤差影響，提高了測試精度。

技術領域

本發明涉及殘余應力測試技術領域，特別涉及一種光纖環式殘余應力測試系統及殘余應力測試方法。

背景技術

殘余應力是指產生應力的各種外部因素(外力、溫度變化、加工處理過程等)去除后，在材料內部依然存在的應力。殘余應力會造成初始損傷進一步演化，降低材料的力學性能。在持續的載荷作用下，各種形式的損傷會進一步生長，最終導致材料破壞。

目前殘余應力測試方法按照是否破壞被測構件，可將其分為有損測試法和無損測試法兩大類。有損測試法即去將具有殘余應力構件的一部分去除或分離，使內應力釋放，通過測量其應變變化來求出殘余應力。有損測試法常用的方法有剝層法、取條法、鉆孔法、切槽法等，在鉆孔法中可利用盲孔法、淺盲孔法來減小鉆孔對構件造成的損傷。無損檢測法是利用材料物理性質的變化或晶體結構參數的變化測量殘余應力。鉆孔法優勢在于，與其他殘余應力測量技術相比，鉆孔法具有測試范圍廣，測試精度高，測試步驟簡單等特點。

現有鉆孔法多采用電阻應變計的方法，測試孔周圍的徑向應變，通過三個傳感器的應變信號解出孔周圍的最大主應力作為其殘余應力。其缺點在于：在實際貼片時，很容易角度傾斜，從而導致應變計的軸線并不在以鉆孔孔心為圓心的半徑上，這造成測試結果與實際結果有很大誤差，因此導致鉆孔法測試完畢后，想提高精度必須要對應變計進行實際貼片偏差角度的測量后再帶入糾正這種偏差的公式進行換算。這一方面增加了鉆孔法工藝的難度和復雜度，另一方面也降低了測試精度。其次，若放置多個傳感器對測試結果進行效驗時，多個電阻應變計接線不便，且可放置數量受到傳感器尺寸的限制，因此也無法對材料內應力的整體分布進行測試。

光纖傳感器具有體積小，易復用，能夠進行準分布測試等諸多優勢，可以監測整條光纖上的應變或溫度信息。采用光纖環式應變花用于鉆孔法測試，沿其周向可布置大量的應變測點達到對孔周圍一定距離所有方向應變/應力情況的準分布測試，且采用多個測點計算主應力可以互相校正以提高測試精度。其分布式測量優勢可以對材料內應力的整體分布進行測試評估。光纖環式應變花的形狀也減少了傳統方式在粘貼應變計過程中帶來的誤差，從而提高了測試精度。

發明內容

本發明的目的是基于上述背景技術，提供一種光纖環式殘余應力測試系統及殘余應力測試方法，可有效降低鉆孔法測試時應變傳感器的安裝難度，減少操作帶來的誤差影響，提高了測試精度。

為了達到上述的技術效果，本發明采取以下技術方案：

一種光纖環式殘余應力測試系統，包括若干光纖傳感器、傳輸光纖、解調裝置及數據處理裝置；若干所述光纖傳感器通過傳輸光纖串聯并繞制成圓形構成光纖傳感器環，所述光纖傳感器環固定于待測材料表面并通過傳輸光纖接入解調裝置，所述解調裝置與數據處理裝置電連接；

所述光纖傳感器用于測試鉆孔前后其所在測點的波長信號，并將測得的波長信號通過傳輸光纖傳輸至解調裝置，所述解調裝置用于解調并記錄光纖傳感器環上所有光纖傳感器測得的波長信號并輸出至數據處理裝置，所述數據處理裝置用于對解調裝置輸出的數據進行數據處理及分析；