应用于工程材料的补偿应变测试方法与流程

本发明属于工程材料测试领域，具体涉及应用于工程材料的补偿应变测试方法。

背景技术：

在结构受力状态分析中，常常辅之以结构的应变测试。鉴于电阻应变测试技术具有“适用范围广、测试精度高、使用便捷、成本低廉”等一系列优点，其已成为当今工程技术人员藉以了解结构受力状态重要的试验方法之一。

然而，电阻应变测试技术通常并不能精确的测试结果，见《电阻应变测试技术中的温度补偿功能辨析》。

目前，光栅应变测试日益受到重视，然而，一般的光纤传感器直径至少都在3mm以上，需要进行封装。在检测时，体积小的优势不是很明显。

另外，光栅应变测试容易受到温度的影响，如何有效的消除该影响是测试方法是否可行的重要标准。重要的是，一般的光栅应变测试还存在测试范围小的不足，见《Contrast analyses of strain measurement offiber grating and resistance strain chip》。

因此，如何解决上述问题，已成为本领域的重要课题。

技术实现要素：

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供应用于工程材料的补偿应变测试方法，该方法的步骤为：

(1)利用光纤制作由6个波长依次分布的、光栅间距为60mm、栅长为8mm的Bragg光栅组成的光栅，所述Bragg光栅的折射率呈非均匀高斯分布；

(2)控制测点间距为10-15mm，利用胶黏剂将步骤(1)所得光栅粘结在工程材料表面；所述胶黏剂为EP胶黏剂或海燕914胶黏剂；

(3)将长周期光栅并联的黏贴在步骤(2)的光栅上；

(4)利用光谱分析仪分别对Bragg光栅的反射谱和长周期光栅的透射谱的变化情况进行检测，应变值的数学表达式为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}=({\mathrm{\Δ\λ}}_B-K_{TB}\frac{{\mathrm{\Δ\λ}}_L}{K_{TL}})/K_{\mathrm{\ϵ}B},$

其中K_TB为光纤Bragg光栅的温度灵敏度系数，K_εB为光纤

Bragg光栅的应变灵敏度系数，K_TL为长周期光纤光栅的温度灵敏度系数，△λ_L为长周期光栅谐振波波长的漂移量，Bragg光栅中心反射波长的漂移量为△λ_B。

其中，

Δλ_B＝K_TBΔT+K_εBΔε

Δλ_L＝K_TLΔT

△T为温度变化，△ε为应力变化。

实验发现，当控制测点间距为10-15mm，并利用EP胶黏剂或海燕914胶黏剂黏贴时，可使得测试结果在250kN的拉拔荷载范围内都保持很好的线性关系。而如果只利用一般的环氧树脂作为胶黏剂，测点间距在30mm时，只能在90kN的拉拔荷载下保持线性关系。

由于Bragg光栅同时感受温度和应变的变化，而长周期光栅只感受相同环境下的温度变化以及可忽略不计的横向应变。

优选的，步骤(2)中测点间距为10mm。

优选的，所述胶黏剂为EP胶黏剂。

优选的，所述长周期光栅的周期为5-10μm。更优选的，所述长周期光栅的周期为8μm。

所述工程材料为钢筋混凝土柱。

本发明的有益效果：

1、本发明在检测时，检测范围广，在250kN拉拔荷载下保持较好的线性关系；

2、可实现温度补偿应变检测。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

下述实施例的测试对象为钢筋混凝土，钢筋强度等级为HPB335。实施例1

(1)利用光纤制作由6个波长依次分布的、光栅间距为60mm、栅长为8mm的Bragg光栅组成的光栅，所述Bragg光栅的折射率呈非均匀高斯分布；

(2)控制测点间距为10mm，利用胶黏剂将步骤(1)所得光栅粘结在工程材料表面；所述胶黏剂为海燕914胶黏剂；

(3)将长周期光栅并联的黏贴在步骤(2)的光栅上；

(4)利用光谱分析仪分别对Bragg光栅的反射谱和长周期光栅的透射谱的变化情况进行检测，应变值的数学表达式为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}=({\mathrm{\Δ\λ}}_B-K_{TB}\frac{{\mathrm{\Δ\λ}}_L}{K_{TL}})/K_{\mathrm{\ϵ}B},$

其中K_TB为光纤Bragg光栅的温度灵敏度系数，K_εB为光纤

Bragg光栅的应变灵敏度系数，K_TL为长周期光纤光栅的温度灵敏度系数，△λ_L为长周期光栅谐振波波长的漂移量，Bragg光栅中心反射波长的漂移量为△λ_B。

其中，

Δλ_B＝K_TBΔT+K_εBΔε

Δλ_L＝K_TLΔT

△T为温度变化，△ε为应力变化。

实施例2

(1)利用光纤制作由6个波长依次分布的、光栅间距为60mm、栅长为8mm的Bragg光栅组成的光栅，所述Bragg光栅的折射率呈非均匀高斯分布；

(2)控制测点间距为15mm，利用胶黏剂将步骤(1)所得光栅粘结在工程材料表面；所述胶黏剂为EP胶黏剂；

(3)将长周期光栅并联的黏贴在步骤(2)的光栅上；

(4)利用光谱分析仪分别对Bragg光栅的反射谱和长周期光栅的透射谱的变化情况进行检测，应变值的数学表达式为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}=({\mathrm{\Δ\λ}}_B-K_{TB}\frac{{\mathrm{\Δ\λ}}_L}{K_{TL}})/K_{\mathrm{\ϵ}B},$

其中K_TB为光纤Bragg光栅的温度灵敏度系数，K_εB为光纤

Bragg光栅的应变灵敏度系数，K_TL为长周期光纤光栅的温度灵敏度系数，△λ_L为长周期光栅谐振波波长的漂移量，Bragg光栅中心反射波长的漂移量为△λ_B。

其中，

Δλ_B＝K_TBΔT+K_εBΔε

Δλ_L＝K_TLΔT

△T为温度变化，△ε为应力变化。

实施例3

(1)利用光纤制作由6个波长依次分布的、光栅间距为60mm、栅长为8mm的Bragg光栅组成的光栅，所述Bragg光栅的折射率呈非均匀高斯分布；

(2)控制测点间距为12mm，利用胶黏剂将步骤(1)所得光栅粘结在工程材料表面；所述胶黏剂为海燕914胶黏剂；

(3)将长周期光栅并联的黏贴在步骤(2)的光栅上；

(4)利用光谱分析仪分别对Bragg光栅的反射谱和长周期光栅的透射谱的变化情况进行检测，应变值的数学表达式为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}=({\mathrm{\Δ\λ}}_B-K_{TB}\frac{{\mathrm{\Δ\λ}}_L}{K_{TL}})/K_{\mathrm{\ϵ}B},$

其中K_TB为光纤Bragg光栅的温度灵敏度系数，K_εB为光纤

Bragg光栅的应变灵敏度系数，K_TL为长周期光纤光栅的温度灵敏度系数，△λ_L为长周期光栅谐振波波长的漂移量，Bragg光栅中心反射波长的漂移量为△λ_B。

其中，

Δλ_B＝K_TBΔT+K_εBΔε

Δλ_L＝K_TLΔT

△T为温度变化，△ε为应力变化。

对比实施例1

除控制测点间距为30mm，利用普通环氧树脂进行黏贴之外，其余与实施例1一致。

实验例

对实施例1-3和对比实施例1进行实测与理论应变对比实验，结果如下：

实施例1在拉拔荷载250kN范围内，与理论应变十分吻合，在250-280kN仅有20-25％的偏离；

实施例2在拉拔荷载230kN范围内，与理论应变十分吻合，在230-280kN仅有10-35％的偏离；

实施例3在拉拔荷载230kN范围内，与理论应变十分吻合，在230-280kN仅有10-35％的偏离；

对比实施例1在拉拔荷载90kN范围内，与理论应变十分吻合，在90-130kN有45-150％的偏离。