分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置及方法

分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置及方法
【专利摘要】本发明涉及分布式传感光纤性能的多目标多自由度静动态测试集成平台及测试方法。分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置中光纤多自由度固定系统依次与人工加卸载装置和油压控制加卸载装相连接，待测光纤与光纤多自由度固定系统以及分布式光纤布里渊频移获取系统相连接；通过控制多自由度固定系统中的装置实现对光纤性能的测试。本测试平台所有部件均可自由拆卸与装配，为完成不同测试要求搭建了一个多目标测试平台，给可能的试验探究提供了巨大的二次开发空间，本发明的装置，具有构造轻便、价格低廉、操作方便、受干扰小、测试类多、适应性强、性能稳定以及加卸方便等众多优势。
【专利说明】分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及本发明涉及分布式传感光纤性能的多目标多自由度静动态测试集成 平台及测试方法。

【背景技术】
[0002] 随着人们安全意识不断提高以及各领域工程大量兴建，结构物的健康监测更显重 要和紧迫，光纤智能材料作为一种功能型传感器在结构健康监测领域应用不断增加。分布 式光纤监测系统相对于电信号为基础的传感监测系统和点式光纤监测系统而言，其技术难 度、监测量的内容、指标以及监测场合和范围均显现出了巨大优势。
[0003] 与分布式光纤传感器光学参数相比，其自身一些物理参数并不完全是定量技术指 标，国内外通常做法是进行相关试验，在试验中不破坏即为合格产品，试验的发生是概率事 件，不可能对于每一卷光纤每一处都进行试验，因此对于实际工程中所应用的光纤参数性 能基本为未知，即使对于进行过不破坏试验的合格光纤而言，对于其性能优劣程度也缺乏 定量认知，因此对于光纤选型、设计、生产、采购、施工以及使用均带来了极大不便和浪费。
[0004] 对于目前国内外光纤应用领域来讲，用户所使用的分布式光纤传感器参数基本都 是采用光纤出厂时所常规标定的参数。应用于较复杂的工作环境时，特别是针对水工建筑 物等复杂巨工程的野外特殊工作环境，其对监测结果可靠性产生影响，尤其是分布式光纤 传感器的力学性能以及传感性能显著影响实际应用精度。
[0005] 不同的光纤原材料或者不同的光纤生产工艺下所制造的光纤各项指标存在着较 大差别，对于不同光纤生产厂家、不同光纤型号、不同护套材料以及同一光纤型号不同生产 批次等情况下光纤基本参数也存在差异性，因此不论是科学研究还是生产应用，对于分布 式光纤力学性能以及传感性能的测试都成为首要开展的前提工作。
[0006] 光纤拉伸断裂力比较小，为了能够及时精确地捕捉追踪到其产生、发展、破坏全生 命周期内的变形机理，急切需要研究一种精确灵便的多目标光纤试验平台；随着光纤传感 技术向着智能化、数字化、集成化以及小型化方向发展，监测其空间分辨率技术不断提高， 其监测微小结构体成为了必然趋势，为了更好配套于分布式光纤传感技术的发展，需要研 发一种量程可调、方便携带、测试精确及构造简单的多目标测试集成平台。


【发明内容】

[0007] 本发明的目的是针对现有技术的不足，为了解决实际工程中分布式传感光纤的力 学性能以及传感性能等测试问题而提出一种更加有效准确地静动态多自由度光纤性能测 试平台及测试方法，将紧套光纤的一些性能从一个定性指标变成一个定量指标，从普通意 义推广到具体工程实际应用概念；本发明装置以及方法可进行高精度光纤力学性能室内标 定试验，也可以面向光纤应用于实际工程前的测试工作；在要求更精确标定结果时，可以多 次计算，根据其计算结果服从正态分布原则，最终获得更加精确的校准结果。
[0008] 本发明采用如下技术方案：
[0009] 本发明所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，包括光纤多自由 度固定系统、人工加卸载装置、油压控制加卸载装、待测光纤、分布式光纤布里渊频移获取 系统、数据处理分析系统；光纤多自由度固定系统依次与人工加卸载装置和油压控制加卸 载装相连接，待测光纤与光纤多自由度固定系统以及分布式光纤布里渊频移获取系统相连 接。通过控制多自由度固定系统中的装置实现对光纤性能的测试；分布式光纤布里渊频移 获取系统用于采集光纤处于静态或动态受力条件下布里渊频移量值等光纤光学信息；数据 处理分析系统用于在线处理与分析分布式光纤布里渊频移获取系统以及力传感器、高灵敏 度温度计等采集到的数字化信息。
[0010] 本发明所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，所述初始端弹性 固定装置通过紧固螺杆贯通弧形前仓将初始端弹性固定装置固定于初始固定端放置台上， 光纤通过弧形前仓中小口径光纤连通通道与高弹性内环壁中的微小口径光纤联通通道，通 过转动连通螺杆上的调节螺栓对高弹性内环壁施加轴向的压力，通过圆L型外环壁对高弹 性内环壁施加横向压力，通过高弹性内环壁将环向约束传递到微小口径光纤联通通道。 [0011] 本发明所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，光纤多自由度固 定系统还包括中间滑轮连动装置一和中间滑轮连动装置二，在后操作台中间上部位置以及 中间偏下部位置分别设置有前后贯通的放置槽，以安放中间滑轮连动装置一和中间滑轮连 动装置二；中间滑轮连动装置一中通过操纵与刻度圆盘连接的角度调节圆柄进而带动控 制转动连杆；以固定支点圆盘为固定支点，水平连接滑轮将从初始端弹性固定装置中引出 光纤且水平地过渡到中间滑轮连动装置一中；上述装置被封装在弧形操作室中，且被紧固 螺杆固定于后操作台内；通过放置于后操作台上的中间槽内连接滑轮，将中间滑轮连动装 置一中引出的待测光纤引至坚向小口径光纤联通通道内、并且连接到中间滑轮连动装置二 上；中间滑轮连动装置二主要包括大直径过渡滑轮以及小直径过渡滑轮，其将待测光纤过 渡到后续测试段。
[0012] 本发明所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，光纤多自由度固 定系统还包括末端非刚性固定装置；末端非刚性固定装置中通过转动旋转圆环帽控制旋转 圆环进出；旋转圆环内壁内设有螺件，待测光纤通过外壁设有螺纹的光纤联通通道，光纤联 通通道靠近光纤一侧设有弹性材料内壁、且与待测光纤接触并将环向荷载传递到待测光纤 中，弹性材料圆壁受到旋转圆环的水平向压力，外缘厚壁圆桶将环向约束施加到弹性材料 圆壁上，环向荷载传递到光纤联通通道中的弹性材料内壁中。
[0013] 本发明所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置中，普通连接滑轮 可更换为内置弹簧的特制滑轮，螺纹杆柄与螺纹杆相连，螺纹杆的一端深入后操作台，弧形 槽分别开槽于上长条形钢块和下长条形钢块一端，在其对应的另一端分别开槽，高弹性弹 簧对相向的弧形槽施加坚向荷载，从而，待测光纤受到环向约束。
[0014] 本发明所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置本测试装置还包 括两套光纤加卸载装置，对于人工加卸载装置而言，螺纹圆盘以及固定圆盘将人工控制手 柄与前操作平台连接固定，带刻度水平横梁贯穿移动平台，带刻度水平横梁上标注有刻度， 移动平台与前操作平台之间有双向力传感器，人工控制手柄与转动水平螺纹横梁连接，人 工控制手柄两端分别有转动手柄和微调控制手柄，移动平台受到水平螺纹横梁的水平转动 力，将水平荷载传递到初始端弹性固定装置上；对于油压控制加卸载装置而言，伸缩圆柱与 油压加卸载控制手柄相连。
[0015] 本发明所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置本测试装置还包 括特殊固定用圆座，固定用圆套管将特殊固定用圆座连接到底端水平固定横柱，并且通过 连接钢板将固定用坚圆座连接。
[0016] 本发明所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置本测试装置中待 测光纤，从顶端一直沿着测试装置延伸到测试平台下端，最后与光纤布里渊频移获取系统 相连接。
[0017] 本发明所叙述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置本装置可以通 过光纤加卸载系统对光纤施加动静态荷载，配套的分布式光纤布里渊频移获取系统和数 据处理分析系统可以实现实时采集以及分析光纤信息，可以完成光纤不同曲率下的性能测 试，以及对其极限拉伸荷载及综合弹性模量等参数实现直接或间接监测。
[0018] 本发明所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置的测试步骤如 下：
[0019] 待测光纤与初始端弹性固定装置连接，经过中间滑轮连动装置一以及中间滑轮连 动装置二，后经末端非刚性固定装置被水平引出到光纤布里渊频移获取系统；
[0020] 步骤1 :装配各部件并进行运行调试，根据试验目的尤其装配特制滑轮装置以及 调整转动角度调节圆柄规定试验曲率，布设待测光纤。
[0021] 步骤2 :记录初始时间、温度以及待测光纤初始标距，确定加载类型和动静态监测 方式，通过双向力传感器所监测的结果来控制加载级数，后对试件进行受力试验。
[0022] 步骤3 :基于试验目的，监测、采集各个部位的长度、角度和荷载等监测数据。
[0023] 步骤4:基于待测光纤的上述力学试验，利用采集到的监测数据进行时时静动态 分析。
[0024] 有益效果
[0025] 发明提供的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置及方法，对于光纤选 型、设计、生产、采购、施工以及使用提供了一个可靠的动静态多自由度加卸控制系统，对于 光纤传感参数的标定、应用于工程前的性能检测以及进一步完善分布式光纤理论及其实际 应用，提供了较好的测试平台；本发明巧妙设计了多种光纤弹性固定系统，将光纤无损耗且 多自由度固定，依靠独特滑轮连杆装置可随意改变光纤弯曲角度，实现多目标监测；采用特 殊设计的人工和油压两套加卸载系统实现了自由控制光纤动静态加卸载，其布里渊频移获 取系统、力传感系统以及温度采集系统等辅助设备可以实现对其力学性能以传感性能的实 时采集和分析。
[0026] 本发明对于分布式光纤传感技术在实际应用中精度校准以及提高都具有重要的 意义，本测试平台所有部件均可自由拆卸与装配，为完成不同测试要求搭建了一个多目标 测试平台，给可能的试验探究提供了巨大的二次开发空间，本发明的装置，具有构造轻便、 价格低廉、操作方便、受干扰小、测试类多、适应性强、性能稳定以及加卸方便等众多优势。

【专利附图】

【附图说明】
[0027] 图1为本发明的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置的平面示意图；
[0028] 图2是图1中局部I结构的放大示意图；
[0029] 图3是图1中局部II结构的放大示意图；
[0030] 图4是图1中局部III结构的放大示意图；
[0031] 图5为本发明的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置的主视图；
[0032] 图6为本发明的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置1-1剖面图；
[0033] 图7为本发明的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置2-2剖面图；
[0034] 图8为本发明试验装置中初始端弹性固定装置71剖面图；
[0035] 图9为本发明试验装置中中间滑轮连动装置一 72剖面图；
[0036] 图10为本发明试验装置中中间滑轮连动装置二73剖面图；
[0037] 图11为本发明试验装置中末端非刚性固定装置74剖面图；
[0038] 图12为本发明试验装置中末端非刚性固定装置74的3-3剖面图；
[0039] 图13为本发明试验装置中特制滑轮装置16剖面图；
[0040] 图14为本发明试验装置中特制滑轮装置16的4-4剖面图；
[0041] 图15为本发明试验装置中特殊固定用圆座92剖面图；
[0042] 图16为基于本发明装置光纤水平拉伸试验对比图。

【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明进一步详细说明：
[0044] 分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置及方法，它是由光纤多自由度固 定系统70、人工加卸载装置81以及油压控制加卸载装置40、待测光纤80、分布式光纤布里 渊频移获取系统50、数据处理分析系统60以及其他辅助系统组成。
[0045] 其中，光纤多自由度固定系统主要包括初始端弹性固定装置71、中间滑轮连动装 置一 72和中间滑轮连动装置二73以及末端非刚性固定装置74,通过控制多自由度固定系 统70中的不同装置实现待测光纤不同方向、不同曲率上的布设；光纤分布式光纤布里渊频 移获取系统50主要用来采集光纤处于静态或者动态受力条件下，布里渊频移量值等光纤 光学信息；数据处理分析系统60主要是在线处理与分析分布式光纤布里渊频移获取系统 以及力传感器、高灵敏度温度计等采集到的数字化信息；其他辅助测试装置主要包括高灵 敏度电子温度计91、特殊固定用圆座92、油压加卸载控制手柄93以及减震弹性支架94等 配套附属装置。
[0046] 光纤多自由度固定系统70包括四种不同设计思路和使用方法的光纤多自由度固 定装置，其中初始端弹性固定装置71中通过紧固螺杆1贯通弧形前仓2,将初始端弹性固定 装置牢固地固定于初始固定端放置台46,光纤通过弧形前仓2中小口径光纤连通通道6以 及高弹性内环壁5中的微小口径光纤联通通道7,通过转动连通螺杆4上的调节螺栓8不断 对高弹性内环壁5施加轴向的压力，高弹性内环壁5因受到轴向压力不断受迫而发生轴向 压缩，但其纵向截面因受到圆L型外环壁3的纵向压力束缚，其将不断地纵向紧固微小口径 光纤联通通道7,最终将微小口径光纤联通通道7中的光纤紧紧压制于其中，采用横向受压 联动纵向弹性变形的方法将目标光纤以非刚性的方式紧固于拉伸端，可以极为有效地避免 光纤在受到刚性夹具夹持时因材料硬度不协调而产生的物理损伤。本发明的初始端弹性固 定装置71为针对本试验平台特殊要求而设计，更换方便、操作简单、实用性强，其为光纤性 能测试提供了有力的保障。
[0047] 光纤多自由度固定系统70包括中间滑轮连动装置一 72和中间滑轮连动装置二 73。中间滑轮连动装置一 72中，通过操纵与刻度圆盘9连接的角度调节圆柄10,进而带动 控制转动连杆18,根据不同测试需求来调节可调角度滑轮15,使得光纤在该处的弯曲角度 发生变化，固定支点圆盘11起到固定以及支点作用，水平连接滑轮14主要是将从初始端弹 性固定装置71中引出的光纤，水平过渡到中间滑轮连动装置一 72中，整个装置被封装在弧 形操作室13中，其可以自由拆卸，以便于安装光纤以及控制操作，其主要是提供各个部件 连接及操作空间，保护各个部件免受外界可能存在的不利环境干扰，整个装置被紧固螺杆 12牢固地固定于后操作台20,该处发明的中间滑轮连动装置一 72利用杠杆平衡原理，通过 固定支点高效精确地实现了对光纤弯曲角度的控制，其可操作性强。通过放置于后操作台 上的中间槽内连接滑轮16,将从中间滑轮连动装置一 72中引出的待测光纤80引至坚向小 口径光纤联通通道17,连接到中间滑轮连动装置二73。中间滑轮连动装置二73主要包括 大直径过渡滑轮18以及稍小直径过渡滑轮19,其将待测光纤80简单有效地过渡到后续试 验段，该处发明的中间滑轮连动装置二73巧妙利用不等直径的大小圆盘外圆弧相切，将待 测光纤80平缓地从坚直位置过渡到水平位置，其不仅可以灵活调节光纤位置，而且可以使 得该处光纤弯曲曲率完全符合测试要求；在后操作平台中间上部位置以及中间偏下部位置 分别设置有前后贯通的放置槽，以方便放置中间滑轮连动装置一 72以及中间滑轮连动装 置二 73。
[0048] 光纤多自由度固定系统70还包括末端非刚性固定装置74。该装置中通过转动旋 转圆环帽21可以控制旋转圆环22进出，旋转圆环内壁为带螺纹部件，光纤联通通道25为 外壁带螺纹薄层光纤通道，该光纤通道靠近光纤一侧有一定厚度的弹性材料内壁47,其与 光纤接触，可以将环向荷载有效传递到待测光纤80中，且可以保证光纤不受到刚性量级差 距较大的高刚性部件压迫而破坏，当旋紧旋转圆环22时，其靠近弹性材料圆壁24的一端面 将挤压弹性材料圆壁24,由于其外缘厚壁圆桶23刚性较大，迫使其向光纤联通通道25方向 压缩，外加其内层的弹性材料内壁47具有弹性膨胀与压缩特性，将光纤以非刚性的方式固 定于其中。本发明的非刚性固定装置74,合理利用了力传递以及平衡原理，巧妙结合弹性材 料体特性，通过螺纹间转动连动控制荷载，较好地实现了光纤非刚性的连动固定，其操作简 单，为实现光纤的有效操作控制提供了另一新途径。
[0049] 本测试平台在需要精确计算温度效应影响或者环境温度变化较大等情况下的温 度补偿计算时，可以将普通连接滑轮16更换为内置弹簧的特制滑轮。本特制滑轮装置主要 通过螺纹杆柄26转动一端深入后操作台20的螺纹杆27,其将连带高弹性弹簧30压缩，带 动对向的弧形槽29对接，其内敷设的待测光纤80将随之被紧密压实，此处发明的装置利用 弹簧工作原理，结合螺纹加卸载思路，根据力平衡原理，通过外层设置有一定厚度弹性材料 的对向移动的弧形槽29将光纤固定于其中，其仍为弹性固定装置，但其为该处特殊坚向固 定位置而独特设计，可以实现与光纤柔性衔接，协同变形，其思路新颖，构造简洁，其中弧形 槽29分别开槽于上长条形钢块28和下长条形钢块31 -端，为了备用在其对应的另一端分 别开槽。将待测光纤80固定之后，从该处一直向下延伸到末端非刚性固定装置74处的待 测光纤80为固定且自由状态，其不受加载装置的影响，其为只有温度变化所引起的布里渊 频移段，通过分布式光纤布里渊频移获取系统50将本处作为温度补偿段分析计算。
[0050] 本测试平台光纤加卸载系统。为了实现不同测试需求，设计了两套光纤加卸载装 置。一套为人工加卸载装置81，其主要是通过人工控制手柄33来转动水平螺纹横梁32， 通过将螺纹转动带动移动平台36水平向受力移动，进而拉动初始端弹性固定装置71水平 向前移，从而可以实现对光纤的人工加卸载，通过螺纹圆盘35以及固定圆盘34,将其人工 控制手柄33与前操作平台37连接固定，在附图1中人工控制手柄33左右端分别有转动手 柄和微调控制手柄，根据不同需要可以对其进行相应操作，带刻度水平横梁38贯穿移动平 台36,其主要用来实时标注显示刻度，在移动平台36与前操作平台37之间有双向力传感 器39,其主要用来获取传感光纤受到加卸载装置作用下动静态加荷和卸载值；第二套加载 装置为油压控制加卸载装置，其主要有伸缩圆柱40、油压加卸载控制手柄93以及油压控制 系统等多部件组成。
[0051] 本测试装置中另安装一套温度补偿计算用高灵敏度电子温度计91，其可以自动读 取此刻温度以及显示当前日期以及时间，其为判断外界环境温度影响效应、进行温度补偿 计算和记录完整测试过程的有效补充。在使用过程中可能存在过大的拉伸荷载，使得该设 备出现位置移动或者是在实际工程中出现非水平面内使用的特殊情况，为此特殊设计了其 他辅助系统中的特殊固定用圆座92 :固定用圆套管42将特殊固定用圆座92连接到底端水 平固定横柱44,并且通过连接钢板41将固定用坚圆座43连接，在需要固定情况下通过固定 用坚圆座43以及螺栓杆将其固定于某需要固定位置处。在整个测试平台底端安装有减震 硬弹性支架94,其主要由内置硬弹性材料构成，可以用来防止外力干扰以及试验和运输过 程存在的震动等影响，以最大程度地降低外界环境的干扰，提高光纤测试平台测试结果的 准确性和稳定性。
[0052] 对于本测试装置中的光纤布里渊频移获取系统50而言，对于不同的分析仪其空 间分辨率也有较大差别，待测光纤80从顶端一直沿着测试装置延伸到试验平台下端，该独 特的光纤走向，增加了待测光纤的长度，本做法目的之一即为了使得本装置能与不同空间 分辨率的光纤分析仪更好结合使用。
[0053] 待测光纤80在受到光纤加卸载系统加载时其布里渊频移的变化量值（Λ vB) 与温度T、应变ε的变化有关，且有较好的线性关系，温度T所引起的布里渊频移vB(T) 用公式表示为 vB(T) =vB(T〇)+C/ ΛΤ，即 ΛνΒ(Τ) =vB(T)-vB(T。）= ATXC/，其中， vB(T0)为初始温度T0下的布里渊频移量值，ΛνΒ(Τ)为待测光纤被拉伸段的温度变化所 引起的布里渊频移变化量，C/为待测光纤被拉伸段的温度系数，ΛΤ即为温度的变化量 值，可以通过前述温度补偿用光纤或者高灵敏度电子温度计91获取结果；通过上述公式 可以计算出此时被拉伸段待测光纤因外界温度引起的形变量值，进而根据△%( ε，T) e 伸=C ε ' Δ ε +CT ' Δ T可以得出Δ vB ( ε，T)拉伸=Δ vB ( ε )拉伸+ Δ vB⑴拉伸，即可得出 Δ νΒ( ε ) e#= Δ νΒ( ε，T) vB(T) ，最终计算出利用本测试平台所监测的形变量值 为

【权利要求】
1. 分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特征在于：包括光纤多自由度 固定系统（70)、人工加卸载装置（81)、油压控制加卸载装（40)、待测光纤（80)、分布式光纤 布里渊频移获取系统（50)、数据处理分析系统（60);光纤多自由度固定系统（70)依次与人 工加卸载装置（81)和油压控制加卸载装（40)相连接，待测光纤（80)与光纤多自由度固定 系统（70)以及分布式光纤布里渊频移获取系统（50)相连接；通过控制多自由度固定系统 (70)中的装置实现对光纤性能的测试；分布式光纤布里渊频移获取系统（50)用于采集光 纤处于静态或动态受力条件下布里渊频移量值等光纤光学信息；数据处理分析系统（60) 用于在线处理与分析分布式光纤布里渊频移获取系统以及力传感器、高灵敏度温度计等采 集到的数字化信息。
2. 根据权利要求1所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特征 在于：所述初始端弹性固定装置（71)通过紧固螺杆（1)贯通弧形前仓（2)将初始端弹性 固定装置固定于初始固定端放置台（46)上，光纤通过弧形前仓（2)中小口径光纤连通通道 (6)与高弹性内环壁（5)中的微小口径光纤联通通道（7)，通过转动连通螺杆（4)上的调节 螺栓（8 )对高弹性内环壁（5 )施加轴向的压力，通过圆L型外环壁（3 )对高弹性内环壁（5 ) 施加横向压力，通过高弹性内环壁（5 )将环向约束传递到微小口径光纤联通通道（7 )。
3. 根据权利要求1所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特征在 于：光纤多自由度固定系统（70)还包括中间滑轮连动装置一（72)和中间滑轮连动装置二 (73) ，后操作台（20)中间上部与中间偏下部分别设置有前后贯通的放置槽、用于放置中间 滑轮连动装置一（72)和中间滑轮连动装置二（73);中间滑轮连动装置一（72)中通过操纵 与刻度圆盘（9)连接的角度调节圆柄（10)进而带动控制转动连杆（18);以固定支点圆盘 (11) 为固定支点，水平连接滑轮（14)将从初始端弹性固定装置（71)中引出光纤且水平地 过渡到中间滑轮连动装置一（72)中；上述装置被封装在弧形操作室（13)中，且被紧固螺杆 (12) 固定于后操作台（20)内；通过放置于后操作台（20)上的中间槽内连接滑轮（16)，将 中间滑轮连动装置一（72)中引出的待测光纤（80)引至坚向小口径光纤联通通道（17)内、 并且连接到中间滑轮连动装置二（73)上；中间滑轮连动装置二（73)包括大直径过渡滑轮 (18)以及小直径过渡滑轮（19)，大直径过渡滑轮（18)以及小直径过渡滑轮（19)用于将待 测光纤（80)过渡到后续测试段。
4. 根据权利要求1所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特征 在于：光纤多自由度固定系统（70)还包括末端非刚性固定装置（74);末端非刚性固定装置 (74) 中通过转动旋转圆环帽（21)控制旋转圆环（22)进出；旋转圆环（22)内壁内设有螺件， 待测光纤（80)通过外壁设有螺纹的光纤联通通道（25)，光纤联通通道（25)靠近光纤一侧 设有弹性材料内壁（47)、且与待测光纤（80)接触并将环向荷载传递到待测光纤（80)中，弹 性材料圆壁（24)受到旋转圆环（22 )的水平向压力，外缘厚壁圆桶（23 )将环向约束施加到 弹性材料圆壁（24)上，环向荷载传递到光纤联通通道（25)中的弹性材料内壁（47)中。
5. 根据权利要求1所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特征在 于：连接滑轮（16)可更换为内置弹簧的特制滑轮，螺纹杆柄（26)与螺纹杆（27)相连，螺纹 杆（27)的一端深入后操作台（20)，弧形槽（29)分别开槽于上长条形钢块（28)和下长条形 钢块（31)-端，在其对应的另一端分别开槽，高弹性弹簧（30)对相向的弧形槽（29)施加坚 向荷载、环向约束待测光纤（80)。
6. 根据权利要求1所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特征在 于：还包括对于人工加卸载装置（81)与油压控制加卸载装置；人工加卸载装置（81)上的螺 纹圆盘（35)以及固定圆盘（34)将人工控制手柄（33)与前操作平台（37)连接固定，带刻度 水平横梁（38)贯穿移动平台（36)，带刻度水平横梁（38)上标注有刻度，移动平台（36)与前 操作平台（37)之间有双向力传感器（39)，人工控制手柄（33)与转动水平螺纹横梁（32)连 接，人工控制手柄（33)两端分别有转动手柄和微调控制手柄，移动平台（36)受到水平螺纹 横梁（32)的水平转动力，将水平荷载传递到初始端弹性固定装置（71)上；油压控制加卸载 装置上的伸缩圆柱（40)与油压加卸载控制手柄（93)相连。
7. 根据权利要求1所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特征在 于：还包括固定用圆座（92)，固定用圆套管（42)将固定用圆座（92)连接到底端水平固定 横柱（44)，并且通过连接钢板（41)将固定用坚圆座（43 )连接。
8. 根据权利要求1所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特征在 于：待测光纤（80)从顶端一直沿着测试装置延伸到测试平台下端与光纤布里渊频移获取 系统（50)相连接。
9. 根据权利要求1所叙述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特征 在于：通过光纤加卸载系统对光纤施加动静态荷载，配套的分布式光纤布里渊频移获取系 统（50)和数据处理分析系统（60)实现实时采集以及分析光纤信息，完成光纤不同曲率下 的性能测试以及对其极限拉伸荷载及综合弹性模量等参数实现直接或间接监测。
10. 利用上述权利要求所述的分布式传感光纤多目标多自由度静动态测试装置，其特 征在于，测试方法步骤如下： 待测光纤（80)与初始端弹性固定装置（71)连接，经过中间滑轮连动装置一（72)以及 中间滑轮连动装置二（73)，后经末端非刚性固定装置（74)被水平引出到光纤布里渊频移 获取系统（50); 步骤1 :装配各部件并进行运行调试，根据试验目的尤其装配特制滑轮装置（16)以及 调整转动角度调节圆柄（10)规定试验曲率，布设待测光纤（80); 步骤2 :记录初始时间、温度以及待测光纤初始标距，确定加载类型和动静态监测方 式，通过双向力传感器39所监测的结果来控制加载级数，后对试件进行受力试验； 步骤3 :基于试验目的，监测、采集各个部位的长度、角度和荷载等监测数据； 步骤4 :基于待测光纤（80)的上述力学试验，利用采集到的监测数据进行时时静动态 分析。
【文档编号】G01M11/00GK104142224SQ201410351312
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】苏怀智, 杨孟 申请人:河海大学