一种光纤光栅高温应变测试装置及其安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于结构热试验福射热环境下的光纤布拉格光栅高温应变测试装置及其安装方法，属于高温应变测量技术领域。
【背景技术】
[0002]结构热强度试验技术是为解决飞行器超声速飞行时的气动热问题而发展起来的一种地面模拟试验技术。伴随着飞行器飞行速度的快速提升，飞行器经受的气动热环境愈发严酷，迎风面、舵等结构的温度能够达到上千度。在如此高温下，结构的高温应变测试装置已成为制约结构热强度试验的主要因素。
[0003]已有的高温应变测量技术可分为接触式和非接触式两大类。接触式的高温应变测量方法有高温电阻式应变片和光纤应变测试装置等。非接触式高温应变测量方法有基于数字图像处理的方法、干涉应变计法、激光散斑法，电子散斑干涉方法、云纹干涉法和数字图像相关方法等。由于结构热强度试验中，采用石英灯辐射加热的方法，石英灯的高温辐射会对非接触式光学应变测量方法产生强烈干扰，无法满足高温应变测试需求。高温电阻应变片是当前较为成熟的应变测试方法，但是高温应变片价格昂贵，布线复杂，这极大的限制了高温应变片在结构热试验中的大量采用。
[0004]随着光纤技术的成熟，由于光纤的体积小、质量轻、耐高温和抗电磁干扰等优势，光纤高温应变传感技术也得到了快速发展，以光纤珐珀高温应变测试装置和布拉格光纤光栅高温应变测试装置最为突出。光纤珐珀高温应变测试装置耐温性实现较为容易，但复用难度很大，每根光纤往往只能连接一个测量点，加工成本也十分昂贵。布拉格光纤光栅测试装置具有波长调制、多路复用的特点，抗干扰能力更强，制作方便，成为高温应变测试的研究热点。但是由于布拉格光栅在高温下很容易退化擦除，因此目前布拉格光纤光栅的应用温度在600°C以下。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种高温辐射加热环境下结构的光纤光栅高温应变测试装置及其安装方法，解决高温环境下应变的测量问题。
[0006]实现本发明目的的技术方案:一种光纤光栅高温应变测试装置，包括应变传感光纤，在应变传感光纤具有布拉格光栅，其中:还包括:2个“8”字形石英管、温度参考光纤；所述“8”字形石英管为将两个石英管熔焊在一起而形成的具有双孔通道的细管；温度参考光纤与应变传感光纤相同；应变传感光纤和温度参考光纤分别穿过2个“8”字形石英管，成平行状；应变传感光纤分别与两个“8”字形石英管利用固定材料固定在一起，温度参考光纤只与一个“8”字形石英管固定在一起，另一端悬空。
[0007]如上所述的光纤光栅高温应变测试装置，其中:在应变传感光纤和温度参考光纤的布拉格光栅部分镀有金反射膜。
[0008]如上所述的光纤光栅高温应变测试装置，其中:所述固定材料为耐高温胶或石英。
[0009]如上所述的光纤光栅高温应变测试装置，其中:还包括临时基底，在不进行测量时，将2个“8”字形石英管粘接于临时基底。
[0010]一种光纤光栅高温应变测试装置安装方法，安装如上所述的光纤光栅高温应变测试装置，对于试验件进行测试，其中，包含如下步骤:
[0011]步骤1、在试验件应变待测位置，利用耐高温胶涂覆或采用热喷涂方法制作基层，基层位置与面积与两个“8”字形石英管的安装位置相匹配；
[0012]步骤2、采用夹持工具将两个“8”字形石英管固定于对应的基层上，然后使用与基层相同的材料与制作工艺制作安装层，使所述测试装置与试验件固定在一起，完成测试装置的安装。
[0013]如上所述的光纤光栅高温应变测试装置安装方法，其中:
[0014]在步骤I中，首先在试验件上涂覆或喷涂一层过渡层，过渡层热膨胀系数介于试验件与“8”字形石英管之间，然后，在过渡层上制作基层。
[0015]如上所述的光纤光栅高温应变测试装置安装方法，其中:在步骤2中，随着试验件表面温度的升高，应变传感光纤与温度参考光纤与试验件表面的距离随之增加。
[0016]本发明的效果在于针对现有技术的缺点，提供一种专用于结构热试验辐射加热环境下的光纤光栅高温应变测试装置及其安装方法，解决光纤光栅高温退化问题，可应用于近千度的热试验环境中，实现复合材料结构件的高温应变测量。具体具有如下优势。
[0017]I)针对结构热试验中福射加热特殊环境,将布拉格光栅光纤表面镀高反射率金膜，通过反射福射减少福射加热器对光栅光纤的福射加热；
[0018]2)“8”字形石英管使应变、温度感应光栅处于悬空状态，减少了高温试验件对光纤光栅的导热，使光纤光栅处于相对试验件较低的温度环境中；
[0019]3)采用双光栅光纤方式，结合“8”字形石英管，保证了应变传感光栅和参考光栅具有相近的位置，相近的温度，参考光栅能较好的实现温度补偿；
[0020]4)本发明结构简单，应变测量精度高，容易批量生产，通过波分复用技术，可以在一根光纤上复用多个应变测试装置，实现准分布式测量。
[0021]本发明针对结构热试验高温辐射环境特点，利用镀反射膜、光栅悬空等方式规避了高温对光纤光栅的擦除作用。针对光纤光栅对应变、温度双敏感的问题，利用双光纤光栅和“8”字形石英管，实现了应变测量的温度补偿。可应用于航空航天领域结构热试验中，能够实现复合材料结构表面的高温应变测试，为材料结构性能验证考核提供有效的应变数据。
【附图说明】
[0022]图1为本发明示意图。
[0023]图2本发明的使用实施例示意图。
[0024]图3本发明的使用实施例截面图。
[0025]图中，1-临时基底；2_“8”字形石英管；3_应变传感光纤；4_温度参考光纤；5-布拉格光栅；6-固定材料；7_金反射膜；8_基层；9_安装层；10_试验件。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0027]本发明是一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的高温应变测试装置，测试装置结构如图1所示，包括临时基底1，固定于临时基底I上的两个“8”字形石英管2，穿过两个“8”字形石英管的应变传感光纤3和温度参考光纤4 ;在两光纤上制作布拉格光栅5,应变传感光纤3和温度参考光纤4统称为光栅光纤3、4。其中，