光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置及方法，属传感器测试技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，光纤光栅传感器已经逐步开始应用于航空航天、桥梁隧道、风力发电等军民领域进行结构健康监测工作。但在这些大型工程结构的监测中，对传感器的疲劳寿命均提出了较高要求，即传感器要达到与结构同寿。目前普遍对传感器疲劳寿命的测试方法是采用疲劳试验机，而疲劳试验机价格昂贵；所采用的试件一般为标准试件，可安装传感器的位置和数量有限，因此需要一种简单、高效、低成本的光纤光栅传感器疲劳试验装置。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了已有解决光纤光栅传感器疲劳寿命的测试装置存在的成本高、效率低等问题，提出一种光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置及方法。
[0004]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0005]本发明的一种光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置，其特征在于:其包括:底座(1)、调速器⑵、电机(3)、旋转轴(4)、偏心圆盘(5)、连杆连接器(6)、连接杆(7)、球形连接器(8)、悬臂梁(9)、光纤光栅传感器(10)、立柱(11)、光纤光栅解调仪(12)、数据处理模块(13)和轴(14) ο
[0006]底座(I)为一水平台面；立柱(11)与底座(I)垂直，并与底座(I)固定连接，底座
(I)和立柱(11)构成所述光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置的支撑结构。
[0007]调速器⑵与电机⑶的输入端连接；电机⑶固定于底座⑴的上表面；电机
(3)与偏心圆盘(5)通过旋转轴⑷固定连接，并且电机(3)、旋转轴(4)和偏心圆盘(5)均同轴；轴(14)穿过偏心圆盘(5)，并与偏心圆盘(5)固定连接；轴(14)的轴线与偏心圆盘(5)的轴线平行；连杆连接器(6)的一端与轴(14)固定连接，连杆连接器(6)的另一端与连接杆(7)的一端固定连接；连接杆(7)的另一端与球形连接器(8)的下端连接；球形连接器(8)的上端与悬臂梁(9)的一端连接；悬臂梁(9)的另一端固定在立柱(11)的上部；光纤光栅传感器(10)固定于悬臂梁(9)上；当轴(14)与偏心圆盘(5)的圆心同高时，悬臂梁(9)处于水平位置；光纤光栅传感器(10)的输出端与光纤光栅解调仪(12)的输入端连接；光纤光栅解调仪(12)的输出端与数据处理模块(13)的输入端连接。
[0008]所述调速器⑵的作用是控制电机⑶的转速。
[0009]所述光纤光栅传感器(10)的作用是采集悬臂梁(9)上光纤光栅传感器(10)所在位置的应变变化量。
[0010]所述光纤光栅解调仪(12)的功能是将光纤光栅传感器(10)感知的应变变化量解调为光纤光栅传感器(10)的中心波长数据。
[0011]所述数据处理模块(13)的功能是:①使用光纤光栅传感器(10)的中心波长数据判断光纤光栅传感器(10)是否在正常工作状态。②存储光纤光栅传感器(10)的中心波长数据。
[0012]所述悬臂梁(9)的轴线与电机(3)的轴线处于同一竖直平面上。
[0013]所述偏心圆盘(5)的圆心与轴(14)的中心轴的距离越小，对悬臂梁(9)产生的应变越小；偏心圆盘(5)的圆心与轴(14)的中心轴的距离越大，对悬臂梁(9)产生的应变越大。
[0014]使用所述光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置测试光纤光栅传感器(10)疲劳寿命的具体操作步骤为:
[0015]步骤1:检测光纤光栅传感器(10)信号是否正常；如果正常，继续步骤2的操作。
[0016]步骤2:根据试验需求，确定偏心圆盘(5)的圆心与轴(14)的中心轴的距离。
[0017]步骤3:将调速器⑵的输出置于(0，0.5]转/秒的状态，打开电机(3)开关。
[0018]步骤4:确定试验频率(用符号f表示)和疲劳试验时间(用符号T表示)，调整调速器(2)的输出频率为试验频率f，开始疲劳试验。
[0019]步骤5:在调速器(2)的控制下，电机(3)带动旋转轴⑷和偏心圆盘(5)做同轴旋转；悬臂梁(9)通过球形连接器(8)、连接杆(7)、连杆连接器(6)和轴(14)与偏心圆盘
(5)连接，因此偏心圆盘(5)的转动带动悬臂梁(9)做周期性运动；光纤光栅传感器(10)实时将监测数据发送给光纤光栅解调仪(12)。
[0020]所述监测数据为悬臂梁(9)上光纤光栅传感器(10)所在位置的应变变化量。
[0021]步骤6:光纤光栅解调仪(12)实时将监测数据解调为光纤光栅传感器(10)的中心波长数据，并输出给数据处理模块(13)。
[0022]步骤7:数据处理模块(13)判断当前光纤光栅传感器(10)是否在正常工作状态。如果当前光纤光栅传感器(10)处于正常工作状态，则重复步骤5至步骤7的操作，直至到达疲劳试验时间T，结束试验；此时认为光纤光栅传感器(10)达到预期寿命。如果当前光纤光栅传感器(10)处于异常工作状态，则判断其未达到预期寿命，结束试验。
[0023]有益效果
[0024]本发明提出的光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置及方法与已有技术相比较具有如下优点:
[0025](I)装置结构简单，成本低廉，极大的降低了光纤光栅传感器疲劳试验的费用；
[0026](2)悬臂梁可自主设计，且一根悬臂梁上可同时安装多个传感器，提高了疲劳试验的效率。
【附图说明】
[0027]图1是本发明【具体实施方式】中光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置的结构示意图；
[0028]图2是本发明【具体实施方式】中偏心圆盘(5)的盘面示意图；
[0029]其中，1-底座、2-调速器、3-电机、4-旋转轴、5-偏心圆盘、6-连杆连接器、7-连接杆、8-球形连接器、9-悬臂梁、10-光纤光栅传感器、11-立柱、12-光纤光栅解调仪、13-数据处理模块、14-轴、15-第一连接孔、16-第二连接孔、17-第三连接孔、18-第四连接孔。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明做以下详细描述。
[0031]本实施例中的光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置，其结构如图1所示，其包括:底座1、调速器2、电机3、旋转轴4、偏心圆盘5、连杆连接器6、连接杆7、球形连接器8、悬臂梁9、光纤光栅传感器10、立柱11、光纤光栅解调仪12、数据处理模块13和轴14。
[0032]底座I为一水平台面；立柱11与底座I垂直，并与底座I固定连接，底座I和立柱11构成所述光纤光栅传感器疲劳寿命测试装置的支撑结构。
[0033]调速器2与电机3的输入端连接；电机3固定于底座I的上表面；电机3与偏心圆盘5通过旋转轴4固定连接，并且电机3、旋转轴4和偏心圆盘5均同轴；轴14穿过偏心圆盘5，并与偏心圆盘5固定连接；轴14的轴线与偏心圆盘5的轴线平行；连杆连接器6的一端与轴14固定连接，连杆连接器6的另一端与连接杆7的一端固定连接；连接杆7的另一端与球形连接器8的下端连接；球形连接器8的上端与悬臂梁9的一端连接；悬臂梁9的另一端固定在立柱11的上部；光纤光栅传感器10固定于悬臂梁9上；当轴14与偏心圆盘5的圆心同高时，悬臂梁9处于水平位置；光纤光栅传感器10的输出端与光纤光栅解调仪12的输入端连接；光纤光栅解调仪12的输出端与数据处理模块13的输入端连接。
[0034]调速器2的作用是控制电机3的转速，其型号为:GAO TAI S120-12。电机3的型号为:11SGN，功率120W，转速1800RPM。旋转轴4的长度为5cm，直径为6mm。偏心圆盘5的直径为120mm，在偏心圆盘5上，由中心到边缘设置第一连接孔15、第二连接孔16、第三连接孔17和第四连接孔1