应变测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及到一种测量一定体积内的应力或局部变形的装置，例如，所述体积可 表示结构或结构的一部分。
【背景技术】
[0002] 建筑、±木工程结构中常用的结构W及与力学相关的领域中普遍使用的结构通常 必须经受可随时间而演变的机械应力。运些应力引起所述结构体积内的变形，所述变形可 导致其机械性能退化。为了监控所述结构的质量，需要能够测量在所述结构的体积内产生 的变形的演变。
[0003] 可W通过放置在结构外表面上的装置来追踪结构变形的演变W及结构所承受 的应力的估算，比如可视的变形指示器或者响应于所述结构表面的变形的机械传感器 (FR2855210)。通过把单轴传感器或者比如光纤软线运样的"测量纤维"与结构本身的体积 相结合，可W估算其本身体积内的变形（W02006127034)。但是，运些方法至多只能估算放在 所监测的体积内的纤维中沿着应力或变形部件的传感器轴的平均值。最后，把传感器直接 与所监测的体积相结合会导致因构成传感器的材料的机械质量差异而造成的结构变弱，或 者导致传感器附近的结构体积内的应力分布的改变。在后一种情况下，传感器的特殊形状 会导致局部应力集中，运容易引起该传感器附近开始开裂。而且，传感器附近应力分布的改 变有损测量的质量，它具有不再理想地反映需要它测量的量值的风险[运会导致将运些传 感器用作阔值警告装置，而不是产生跟踪测量值的系统]。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提高一定体积内局部产生的应力和变形的测量的质量和可靠性。
[0005] 为此，提供一种装置，用于测量结构的测量区内的应力和/或局部变形，所述结构 是具有已知机械性能的材料制成的，所述装置包括：
[0006] 楠球形的测试主体，其用来被纳入测量区中，并且是由具有已知机械性能的均质 材料构成的，
[0007] 至少一根变形测量纤维，附接到所述测试主体内部，W便把测试主体的变形传递 到测量纤维，W及
[0008] 把至少一根测量纤维连接到适合检测信号的系统中的工具，所述信号来自测量纤 维，表示测量纤维的变形，并且通过至少一个被检测的信号W及测试主体与结构的材料的 已知机械性能确定应力和/或局部变形。
[0009] 楠球形的测试主体是实屯、的。
[0010] 就结构材料本身的机械性能而言，它们可W是假定材料完好的理论上的机械性 能。
[0011] 在此提到的应力和变形是可W互换的，应理解为，对于每种材料而言，运两个量值 可W通过胡克定律联系起来。
[0012] 就确定的应力和局部变形而言，在没有测量装置的情况下（也就是，如果在运个 位置构成结构的材料未被测试主体所代替），它们确实是结构中在测量区层面存在的量值。
[0013] 在本发明的优选实施例中，可用到如下的一个或多个特征：
[0014]-测量纤维是测量光纤。连接工具适合把测量纤维连接到一个系统，所述系统适合 刺激至少一根测量光纤。
[0015]-连接工具是包含与至少一根测量纤维进行光通信的光纤的装置。
[0016] 根据另一个特征，连接工具适合把刺激信号传递到至少一根测量纤维，并且适合 从至少一根测量纤维上传递信号，该信号由测量纤维与刺激信号之间的互动产生。
[0017] 根据另一个特征，测量装置包括多化）根变形测量纤维，所述变形测量纤维附接 到测试主体内部，并且适合确定测试主体中应力张量的独立分量，在此，k介于2和6之间。 在一个具体实施例中，k等于3。
[0018] 根据另一个特征，测量装置可包括相同测试主体中的多根平行测量纤维。
[0019] 根据其他特征，测量装置可包括=根变形测量纤维或六根变形测量纤维。
[0020] 根据另一个特征，测量包括六根变形测量纤维，而且测量纤维的轴线大体垂直于 正十二面体的表面。
[0021] 根据另一个特征，测量纤维是同一根光纤的各个部分，而且系统适合解调由来自 测量纤维的信号携带的信息。
[0022] 根据另一个特征，测量装置进一步包括W非独立的方式设置在纤维中的ko根变 形测量纤维，在此ko介于1和k之间。
[0023] 根据另一个特征，每根测量纤维都W其末端附接到测试主体。
[0024] 根据另一个特征，测量装置包括位于连接工具下游侧上的采集系统，其适合采集 和储存所述信号。
[00巧]根据另一个特征，测量装置进一步包括连接到至少一根测量纤维的处理器，其适 合通过信号确定应力场和/或局部变形场的空间分量。
[00%] 根据另一个特征，该装置的测试主体是由一种各向同性材料构成的。
[0027] 根据另一个特征，测量装置的测试主体材料的机械性能与构成该结构的完好材料 的机械性能相同。
[0028] 根据另一个特征，与测量装置相关联的连接工具共同收集在单独连接电缆中。
[0029] 根据另一个特征，测量装置包括多个相互连接的测试主体。
[0030] 根据另一个特征，W网的形式配置连接工具，所述网包括连接工具穿过的节点，一 个测量装置固定在某些节点或每个节点上。
[0031] 根据另一个特征，测量纤维是与测试主体分开的元件。
[0032] 根据另一个特征，测量光纤包括刻在测试主体内的波导。
[0033] 本发明还设及到包括测量区的机械结构和如上所述的测量装置。
[0034] 某些实施例还具有下文所述的优点。
[0035] 本发明的装置能够通过在子区内组合测量工具而提高测量的可靠性，所述子区意 在整合在需要追踪其演化的区域内，并且是由保证把测得量值很好地传递到检测器的材料 制成。
[0036] 测量质量的提高与精确地局部知晓测量区内的变形有关，因此需要知道该区的所 有点的变形张量。可W用3x3矩阵表示该变形张量的诸分量。
[0037]
[003引运个张量的对称性意味着，它可W完全由六个独立分量来确定。最后，当已知测量 区的弹性常数时，则知道变形张量就能够计算应力张量的分量。实际上，很难在测量区所有 点处测量变形。通过在测量区散布多个单轴传感器，便能够在多个点针对给定的方向测量 所述变形。按照一个实施例，通过在适当的测试主体内整合多个变形传感器，本发明的装置 能够测量在传感器的体积内与变形张量的分量相关的数值，与结构的数值相比，认为其较 小。可W表述为，应力场和变形场在插入无限均匀介质中的均质楠球形夹杂物内是一致的 (参阅《楠球形夹杂物的弹性场的测定及相关问题》，J.化Eshe化y，《英国皇家学会学报》，第 241卷，（1957)，第376-396页，W及《楠球形夹杂物之外的弹性场》，J.化Eshe化y，《英国皇 家学会学报》A系列，《数学与物理科学》的，第252卷，编号1271，（1959年10月27日）， 第561-569页，W及J.化Eshe化y，《固体力学进程》第II卷，北荷兰出版公司，阿姆斯特丹， (1961)M.Bornert,T.Bretheau,P.Gillormini,Homogeneisationenmecaniquedes materiaux，HermesScience，coll.MecaniqueetIngenieriedesMateriaux，2001)。 [0039] 如有必要，则把材料的各向异性特征考虑在内，对运些分量进行估算。 W40] 通过提出使楠球形的测试主体包含在预先已知其机械性能的测量区内，现存装置 的实例开发了上述成果，所W其中变形场的值基本一致，并且反映出测量区内运些场的数 值。楠球形的测试主体是实屯、的。
[0041] 可W通过任何适当的方式把测试主体与结构相结合。例如，测试主体的表面可具 有粗糖区域或硬铁丝或突出物，W便于其附接。如果测试主体的包络形状是楠球形，或者 如果表面粗糖区域的尺寸与测试主体相比可W忽略不计，那么测试主体还是考虑为楠球形 的。
[0042] 实际上，与针对测试主体内应力值变化的测试主体相比，测量区是足够大的，W便 与所要求的测量精确度相比为很小。
[0043] 将多个变形传感器与运个测试主体相结合的本发明的装置能够同时测量其中与 变