一般我们在布设光纤时会对光纤进行预拉,让其在在粘贴在待测物上时处于笔直状态,这样光纤的应变量更能真实反映待测物真实的应变量。但是实际测量情况中,光纤布设时不能进行预拉,如待测物表面不规则向内弯曲。那么在相同作用力下,两种方式布设的光纤测量出来的应变量是否一致呢?为此我们进行了以下试验。
在复合材料片上布设光纤,预拉段光纤和不预拉段光纤对称布设,实验样品和OSI系统之间用1m光纤跳线连接,如图1所示。
图1. 实验装置简化图
使用T300AB结构胶将光纤粘贴在复合材料片上,使复合材料片向内弯曲产生负应变,加载不同的力使光纤最大应变量分别达到500με、1000με、2000με、5000με和10000με左右,采集三次数据求平均,如图2所示,预拉段和不预拉光纤应变分布基本一致。
图2. 平均后光纤应变量分布图
不同作用力下两段光纤最大应变量如表1所示,加载5种不同的力时,预拉段光纤和不预拉段光纤最大形变量的最大误差率为1.8%,误差率均值为1%。取平均计算出两段光纤最大形变量的位置于2.253m处对称,我们对两段光纤的对称点进行按压定位的位置为2.255m处,误差仅为2mm。
加载量 | 预拉段光纤 | 不预拉段光纤 | 误差率 | ||
最大应变/με
|
位置/m |
最大应变量/με
|
位置/m | ||
第一次加载 | -537 | 1.931 | -542 | 2.569 | 1.0% |
第二次加载 | -1008 | 1.733 | -1026 | 2.775 | 1.8% |
第三次加载 | -2035 | 1.733 | -2045 | 2.775 | 0.5% |
第四次加载 | -5032 | 1.733 | -5038 | 2.776 | 0.1% |
第五次加载 | -10424 | 1.730 | -10573 | 2.780 | 1.4% |
在两段光纤上随机取5个对称点进行按压定位。预拉段光纤5个位置分别为1.917m、1.850m、1.775m、1.760m和1.677m,不预拉段光纤5个点位置分别为2.600m、2.666m、2.742m、2.756m和2.839m。
表2. 五个对称点位置的应变量
应变量 | 第一次加载 | 第二次加载 | 第三次加载 | 第四次加载 | 第五次加载 | |
第一对点 | 预拉段 | -489 | -1009 | -2019 | -4223 | -482 |
不预拉段 | -482 | -992 | -1985 | -4185 | -481 | |
误差率 | 1.4% | 1.7% | 1.7% | 0.9% | 0.2% | |
第二对点 | 预拉段 | -426 | -855 | -1676 | -4727 | -9483 |
不预拉段 | -429 | -840 | -1634 | -4657 | -9345 | |
误差率 | 0.7% | 1.8% | 2.5% | 1.5% | 1.5% | |
第三对点 | 预拉段 | -415 | -740 | -1279 | -4637 | -8863 |
不预拉段 | -424 | -732 | -1245 | -4584 | -8879 | |
误差率 | 2.1% | 1.1% | 2.7% | 1.1% | 0.2% | |
第四对点 | 预拉段 | -407 | -689 | -1134 | -4334 | -9106 |
不预拉段 | -416 | -684 | -1106 | -4283 | -9139 | |
误差率 | 2.2% | 0.7% | 2.5% | 1.2% | 0.4% | |
第五对点 | 预拉段 | -217 | -295 | -232 | -2063 | -9135 |
不预拉段 | -221 | -294 | -227 | -2026 | -9222 | |
误差率 | 1.8% | 0.3% | 2.2% | 1.8% | 0.9% |
如表2所示,加载5种不同的力时,预拉段光纤和不预拉段光纤5个对称点位置的应变量最大误差率为2.7%,误差率均值为1.4%。综上说明预拉和不预拉布设光纤不会影响应变测量结果,两者都可以反映待测物的真实应变。