CN1731136A - 测量光纤应力的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量光纤应力的实验装置，包括控制器、拉力传感器、步进电机、布里渊光时域反射仪和夹具，待测量光纤段的两端由夹具夹持固定；待测量光纤段的一端与用来拉动光纤的步进电机连接，另一端与用来向控制器传送数据的拉力传感器和测量光纤应变的布里渊光时域反射仪连接；拉力传感器和步进电机均与控制器连接。本发明在测量时可以直接通过控制器来控制，也可以通过与控制器连接的计算机来控制。本发明具有自动测量、自动调节的功能，测量结果准确；测量距离长且可以调节，操作简单、方便。它在光纤应力实验中具有极大的实用价值。

Description

测量光纤应力的实验装置

一、技术领域

本发明属于光纤应力实验领域，具体地说是一种自动测量光纤应力的实验装置。

二、技术背景

目前光纤应变传感的应用越来越广泛，特别是分布式光纤应变传感器，在土木、水利、交通、石化、电力、医疗、机械、动力、船舶、航空、航天等各领域都得到广泛应用，因此在光纤上产生应力，通过布里渊光时域反射仪(BOTDR)测量光纤应力，分析光纤的应力应变特性，对与工程应用中具有很重要的指导意义。

通常对光纤应力进行实验的装置中，在光纤上产生应力的最常见的有三种方法：悬臂梁法、机械拉伸法和悬挂重物法。

1、悬臂梁法

悬臂梁法在光纤的应用中常用于光纤光栅的应力测量，这种方法也可用于普通光纤，即将光纤粘附在等悬臂梁上面，在悬臂梁的自由端加载重物，使得悬臂梁产生应变，从而在光纤上产生应力。这种方法的缺点是：应力通过悬挂重物产生，因而受重物的质量限制并且难以连续调节；光纤是粘附在等悬臂梁表面，因此应力的大小受等悬臂梁所能承受的负载的限制，测量长度也受梁长限制。

2、机械拉伸法

这种方法是将光纤的一端固定不动，通过机械装置细微移动光纤的另一端，从而改变光纤上应力大小。这种方法的缺点是：需要精密的机械装置，否则测量将不准确；光纤的测量长度受装置的限制。

2、悬挂重物法

这种方法与悬臂梁法类似，只是并不将光纤粘附在悬臂梁上，而是将光纤的一端固定以后，通过重物拉动光纤的另一端，从而在光纤上产生应力。这种方法也有悬臂梁法的缺点：应力受悬挂重物限制。

同时以上三种方法都有共同的缺点：手动测量，无法自动调节。

三、发明内容

本发明目的是提供一种测量光纤应力的实验装置，该实验装置采用简单易行的方法对光纤的应力特性进行测量，具有自动测量、自动调节的功能。

本发明目的是通过以下技术方案来实现的：

一种测量光纤应力的实验装置，其特征在于：它包括控制器、拉力传感器、步进电机、布里渊光时域反射仪和夹具，待测量光纤段的两端由夹具夹持固定；待测量光纤段的一端通过夹具与用来拉动光纤的步进电机连接，另一端与用来向控制器传送数据的拉力传感器和测量光纤应变的布里渊光时域反射仪连接；拉力传感器和步进电机均与控制器连接。

本发明在测量的时候可以直接通过控制器来控制，也可以将控制器与计算机相连，通过程序控制实验装置。

本发明中采用步进电机作为动力拉动光纤，控制器根据拉力传感器的值来控制步进电机的转角，实现测量的自动控制。通过夹具夹持测量光纤，并可通过夹具改变测量光纤长度，测量距离长；同时光纤的测量长度可动态变化，测量范围大。采用拉力传感器感应应力的大小，可以得到应力的绝对值；采用步进电机作为驱动动力，通过控制器进行自动控制，简单方便。本发明所测量的应力测量范围为：0～49N；应力测量精度为：0.01N；光纤测量长度为：0.1m～15m。本发明的优点是：实现了自动测量、自动调节，测量结果准确；测量距离长，操作简单、方便。

四、附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明测量原理示意图；

图3是本发明中控制器的结构图。

五、具体实施方式

一种本发明所述的测量光纤应力的实验装置，包括控制器1、拉力传感器2、步进电机3、布里渊光时域反射仪4和夹具5。夹具5分为左右两个。在待测量光纤中选取一部分作为待测量光纤段6，待测量光纤段6的两端分别由两个夹具5夹持固定；待测量光纤段6的一端通过夹具5与步进电机3连接，步进电机3拉动夹具5移动，并拉伸待测量光纤段6，在光纤上产生应力；待测量光纤段6另一端与拉力传感器2和布里渊光时域反射仪4连接，拉力传感器2用来向控制器1传送应力数据，布里渊光时域反射仪4用来测量光纤应力。拉力传感器2和步进电机3均与控制器1连接。在测量时，可以将控制器1与计算机7相连，通过程序控制实验装置；也可以直接通过控制器1来控制。

本发明通过步进电机3拉伸待测量光纤段6，由拉力传感器2感应光纤上应力的大小，控制器1根据应力值来控制步进电机3的转角。步进电机3转角的控制和应力的显示可以通过键盘和数码管来实现，也可以连接到计算机上通过程序来设置和显示。改变夹具5夹持的距离即可改变待测量光纤段6的长度。

控制器1包括：

显示模块：通过数码管显示；

键盘模块：设置光纤的应力或者步进电机的转角；

传感器模块：传感光纤应力的大小，送给处理器；

步进电机驱动模块：驱动步进电机转动，拉伸光纤；

串口通信模块：与计算机进行通信，可以通过计算机来控制整个装置；

处理器：通过单片机实现。

通过计算机程序控制时，计算机7通过RS232串口与控制器1相连，在程序中设置步进电机3的转角，从控制器1返回应力的大小；或者设置需要对待测量光纤段6施加的应力，返回步进电机3转动的角度。在***达到稳定以后，通过BOTDR 4测量此时光纤的应力。

通过控制器1直接控制时，通过控制器1的键盘输入需要转动的角度，按确定键后步进电机3转动相应的角度，数码管上显示应力值，***稳定以后通过BOTDR 4测量此时光纤的应力；或者通过控制器1的键盘输入想在待测量光纤段6上产生的应力，按确定键后步进电机3转动，拉伸光纤，通过传感器2感应应力大小，如果达到所需要的应力，则停止转动，否则继续转动一直到达到要求为止。***稳定以后通过BOTDR 4测量光纤的应力。

本发明具有自动测量、自动调节的功能，测量结果准确；测量距离长且可以调节，操作简单、方便。

Claims (2)

1、一种测量光纤应力的实验装置，其特征在于：它包括控制器(1)、拉力传感器(2)、步进电机(3)、布里渊光时域反射仪(4)和夹具(5)，待测量光纤段(6)的两端由夹具(5)夹持固定；待测量光纤段(6)的一端通过夹具(5)与用来拉动光纤的步进电机(3)连接，另一端与用来向控制器(1)传送数据的拉力传感器(2)和测量光纤应变的布里渊光时域反射仪(4)连接；拉力传感器(2)和步进电机(3)均与控制器(1)连接。

2、根据权利要求1所述的测量光纤应力的实验装置，其特征在于：所述控制器(1)与计算机(7)连接。

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