一种变温式应变传感器校准装置与方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113587839A(43)申请公布日2021.11.02(21)申请号202110904642.4(22)申请日2021.08.07(71)申请人中国计量科学研究院地址100029北京市朝阳区北三环东路18号(72)发明人崔建军侯俊凯陈恺张鹏崔京远(74)专利代理机构北京睿智保诚专利代理事务所(普通合伙)11732代理人龙涛(51)Int.Cl.G01B11/16(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种变温式应变传感器校准装置与方法(57)摘要本发明公开一种变温式应变传感器校准装置与方法，属于测试计量领域，包括：立柱、等强度悬臂梁、光纤光栅应变传感器、紧固件、激振电机、黑体炉、挠度补偿块、光纤光栅解调系统、计算机和精密挠度计；黑体炉左端与立柱固定连接，等强度悬臂梁右端的底部通过紧固件与激振电机相连，等强度悬臂梁左端穿过黑体炉与立柱相连，等强度悬臂梁上表面粘贴固定有光纤光栅应变传感器，挠度补偿块设置在等强度悬臂梁右端的上方，光纤光栅解调系统与光纤光栅应变传感器相连，精密挠度计设置在挠度补偿块上端，计算机分别与光纤光栅解调系统和精密挠度计电连接。实现动态应变、静态应变以及应变温度补偿系数等参数的一站式校准。CN113587839ACN113587839A权利要求书1/1页1.一种变温式应变传感器校准装置，其特征在于，包括：立柱、等强度悬臂梁、光纤光栅应变传感器、紧固件、激振电机、黑体炉、挠度补偿块、光纤光栅解调系统、计算机和精密挠度计；所述黑体炉左端与立柱固定连接，所述等强度悬臂梁右端的底部通过所述紧固件与所述激振电机相连，所述等强度悬臂梁左端穿过所述黑体炉与所述立柱相连，所述等强度悬臂梁上表面粘贴固定有所述光纤光栅应变传感器，所述挠度补偿块设置在所述等强度悬臂梁右端的上方，所述光纤光栅解调系统与光纤光栅应变传感器相连，所述精密挠度计设置在挠度补偿块上端，所述计算机分别与光纤光栅解调系统和精密挠度计电连接。2.根据权利要求1所述的一种变温式应变传感器校准装置，其特征在于，所述黑体炉包括加热丝、制冷片、温度计和控制器，所述加热丝、制冷片和温度计设置在黑体炉内部，所述控制器设置在黑体炉侧壁，所述加热丝、制冷片和温度计分别和所述控制器相连，温度调节范围为‑100℃～+3200℃。3.根据权利要求1所述的一种变温式应变传感器校准装置，其特征在于，所述黑体炉右侧的等强度悬臂梁上下表面设置有隔热板。4.根据权利要求1所述的一种变温式应变传感器校准装置，其特征在于，还包括底座，所述立柱安装在所述底座左端，所述激振电机安装在所述底座右端。5.一种变温式应变传感器校准方法，其特征在于：在挠度测量点处使用目标定位和跟踪技术拟合得到梁弯曲时挠度测量点水平与竖直位移与初始值对应的差值，将差值拟合为一条直线或曲线，将直线斜率或曲线曲率作为挠度补偿块斜度；测量前，安装好挠度补偿块，将黑体炉调节至待校准的环境温度；控制激振电机实现动静态应变校准；控制激振电机运行，等强度悬臂梁产生动态或静态应变，计算机分别采集精密挠度计得到的挠度值和光纤光栅解调系统采集到的光纤光栅应变传感器输出波长值，处理挠度值转化为光纤光栅应变传感器的感知应变进行应变灵敏度校准，校准公式可为kε为应变灵敏度，Δλ为等强度悬臂梁受力时光纤光栅应变传感器的波长变化量，L为挠度待测点到等强度悬臂梁固定端的距离，β为应变从等强度悬臂梁传递到光纤光栅应变传感器的传递效率，α为等强度悬臂梁由于表面弯曲存在的应变比例放大系数，h为等强度悬臂梁的厚度，y为测得的修正挠度值。2CN113587839A说明书1/4页一种变温式应变传感器校准装置与方法技术领域[0001]本发明涉及测试计量领域，特别是涉及一种变温式应变传感器校准装置与方法。背景技术[0002]光纤光栅应变传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种新型无源光学传感器。具有分辨力高、本征绝缘、传输损耗低、尺寸小、精度高、易复用等很多优点，因此被广泛应用在健康监测、航空航海、石油化工等各行业领域。光纤光栅应变传感器作为关键测量器件和设备，对其性能进行精确计量十分重要。[0003]目前对应变传感器的校准主要是采用弯矩梁的方法，如等强度梁。一种方法是：校准时，将应变传感器胶粘在梁上，通过砝码进行加载使弯矩梁产生形变，结合梁的尺寸、梁材料的弹性模量和梁的载荷计算出弯矩梁表面的应变，然后计算出传感器的性能参数。但该方法对于特定材料的梁，需要精确知道梁的弹性模量，但往往采用的是该类材料弹性模量的参考值，所以影响梁表面理论应变计算值的准确性，从而影响应变传感器校准结果的准确性。另一种常用方法是：采用螺旋微分头代替砝码进行加载，使梁发生形变，但这样测得的