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。

表1. 不同力下两段光纤最大应变量
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。