應(yīng)變測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及到一種測量一定體積內(nèi)的應(yīng)力或局部變形的裝置，例如，所述體積可 表示結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分。
【背景技術(shù)】
[0002] 建筑、±木工程結(jié)構(gòu)中常用的結(jié)構(gòu)W及與力學(xué)相關(guān)的領(lǐng)域中普遍使用的結(jié)構(gòu)通常 必須經(jīng)受可隨時間而演變的機械應(yīng)力。運些應(yīng)力引起所述結(jié)構(gòu)體積內(nèi)的變形，所述變形可 導(dǎo)致其機械性能退化。為了監(jiān)控所述結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，需要能夠測量在所述結(jié)構(gòu)的體積內(nèi)產(chǎn)生 的變形的演變。
[0003] 可W通過放置在結(jié)構(gòu)外表面上的裝置來追蹤結(jié)構(gòu)變形的演變W及結(jié)構(gòu)所承受 的應(yīng)力的估算，比如可視的變形指示器或者響應(yīng)于所述結(jié)構(gòu)表面的變形的機械傳感器 (FR2855210)。通過把單軸傳感器或者比如光纖軟線運樣的"測量纖維"與結(jié)構(gòu)本身的體積 相結(jié)合，可W估算其本身體積內(nèi)的變形（W02006127034)。但是，運些方法至多只能估算放在 所監(jiān)測的體積內(nèi)的纖維中沿著應(yīng)力或變形部件的傳感器軸的平均值。最后，把傳感器直接 與所監(jiān)測的體積相結(jié)合會導(dǎo)致因構(gòu)成傳感器的材料的機械質(zhì)量差異而造成的結(jié)構(gòu)變?nèi)?，?者導(dǎo)致傳感器附近的結(jié)構(gòu)體積內(nèi)的應(yīng)力分布的改變。在后一種情況下，傳感器的特殊形狀 會導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，運容易引起該傳感器附近開始開裂。而且，傳感器附近應(yīng)力分布的改 變有損測量的質(zhì)量，它具有不再理想地反映需要它測量的量值的風(fēng)險[運會導(dǎo)致將運些傳 感器用作闊值警告裝置，而不是產(chǎn)生跟蹤測量值的系統(tǒng)]。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提高一定體積內(nèi)局部產(chǎn)生的應(yīng)力和變形的測量的質(zhì)量和可靠性。
[0005] 為此，提供一種裝置，用于測量結(jié)構(gòu)的測量區(qū)內(nèi)的應(yīng)力和/或局部變形，所述結(jié)構(gòu) 是具有已知機械性能的材料制成的，所述裝置包括：
[0006] 楠球形的測試主體，其用來被納入測量區(qū)中，并且是由具有已知機械性能的均質(zhì) 材料構(gòu)成的，
[0007] 至少一根變形測量纖維，附接到所述測試主體內(nèi)部，W便把測試主體的變形傳遞 到測量纖維，W及
[0008] 把至少一根測量纖維連接到適合檢測信號的系統(tǒng)中的工具，所述信號來自測量纖 維，表示測量纖維的變形，并且通過至少一個被檢測的信號W及測試主體與結(jié)構(gòu)的材料的 已知機械性能確定應(yīng)力和/或局部變形。
[0009] 楠球形的測試主體是實屯、的。
[0010] 就結(jié)構(gòu)材料本身的機械性能而言，它們可W是假定材料完好的理論上的機械性 能。
[0011] 在此提到的應(yīng)力和變形是可W互換的，應(yīng)理解為，對于每種材料而言，運兩個量值 可W通過胡克定律聯(lián)系起來。
[0012] 就確定的應(yīng)力和局部變形而言，在沒有測量裝置的情況下（也就是，如果在運個 位置構(gòu)成結(jié)構(gòu)的材料未被測試主體所代替），它們確實是結(jié)構(gòu)中在測量區(qū)層面存在的量值。
[0013] 在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，可用到如下的一個或多個特征：
[0014]-測量纖維是測量光纖。連接工具適合把測量纖維連接到一個系統(tǒng)，所述系統(tǒng)適合 刺激至少一根測量光纖。
[0015]-連接工具是包含與至少一根測量纖維進行光通信的光纖的裝置。
[0016] 根據(jù)另一個特征，連接工具適合把刺激信號傳遞到至少一根測量纖維，并且適合 從至少一根測量纖維上傳遞信號，該信號由測量纖維與刺激信號之間的互動產(chǎn)生。
[0017] 根據(jù)另一個特征，測量裝置包括多化）根變形測量纖維，所述變形測量纖維附接 到測試主體內(nèi)部，并且適合確定測試主體中應(yīng)力張量的獨立分量，在此，k介于2和6之間。 在一個具體實施例中，k等于3。
[0018] 根據(jù)另一個特征，測量裝置可包括相同測試主體中的多根平行測量纖維。
[0019] 根據(jù)其他特征，測量裝置可包括=根變形測量纖維或六根變形測量纖維。
[0020] 根據(jù)另一個特征，測量包括六根變形測量纖維，而且測量纖維的軸線大體垂直于 正十二面體的表面。
[0021] 根據(jù)另一個特征，測量纖維是同一根光纖的各個部分，而且系統(tǒng)適合解調(diào)由來自 測量纖維的信號攜帶的信息。
[0022] 根據(jù)另一個特征，測量裝置進一步包括W非獨立的方式設(shè)置在纖維中的ko根變 形測量纖維，在此ko介于1和k之間。
[0023] 根據(jù)另一個特征，每根測量纖維都W其末端附接到測試主體。
[0024] 根據(jù)另一個特征，測量裝置包括位于連接工具下游側(cè)上的采集系統(tǒng)，其適合采集 和儲存所述信號。
[00巧]根據(jù)另一個特征，測量裝置進一步包括連接到至少一根測量纖維的處理器，其適 合通過信號確定應(yīng)力場和/或局部變形場的空間分量。
[00%] 根據(jù)另一個特征，該裝置的測試主體是由一種各向同性材料構(gòu)成的。
[0027] 根據(jù)另一個特征，測量裝置的測試主體材料的機械性能與構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的完好材料 的機械性能相同。
[0028] 根據(jù)另一個特征，與測量裝置相關(guān)聯(lián)的連接工具共同收集在單獨連接電纜中。
[0029] 根據(jù)另一個特征，測量裝置包括多個相互連接的測試主體。
[0030] 根據(jù)另一個特征，W網(wǎng)的形式配置連接工具，所述網(wǎng)包括連接工具穿過的節(jié)點，一 個測量裝置固定在某些節(jié)點或每個節(jié)點上。
[0031] 根據(jù)另一個特征，測量纖維是與測試主體分開的元件。
[0032] 根據(jù)另一個特征，測量光纖包括刻在測試主體內(nèi)的波導(dǎo)。
[0033] 本發(fā)明還設(shè)及到包括測量區(qū)的機械結(jié)構(gòu)和如上所述的測量裝置。
[0034] 某些實施例還具有下文所述的優(yōu)點。
[0035] 本發(fā)明的裝置能夠通過在子區(qū)內(nèi)組合測量工具而提高測量的可靠性，所述子區(qū)意 在整合在需要追蹤其演化的區(qū)域內(nèi)，并且是由保證把測得量值很好地傳遞到檢測器的材料 制成。
[0036] 測量質(zhì)量的提高與精確地局部知曉測量區(qū)內(nèi)的變形有關(guān)，因此需要知道該區(qū)的所 有點的變形張量?？蒞用3x3矩陣表示該變形張量的諸分量。
[0037]
[003引運個張量的對稱性意味著，它可W完全由六個獨立分量來確定。最后，當已知測量 區(qū)的彈性常數(shù)時，則知道變形張量就能夠計算應(yīng)力張量的分量。實際上，很難在測量區(qū)所有 點處測量變形。通過在測量區(qū)散布多個單軸傳感器，便能夠在多個點針對給定的方向測量 所述變形。按照一個實施例，通過在適當?shù)臏y試主體內(nèi)整合多個變形傳感器，本發(fā)明的裝置 能夠測量在傳感器的體積內(nèi)與變形張量的分量相關(guān)的數(shù)值，與結(jié)構(gòu)的數(shù)值相比，認為其較 小?？蒞表述為，應(yīng)力場和變形場在插入無限均勻介質(zhì)中的均質(zhì)楠球形夾雜物內(nèi)是一致的 (參閱《楠球形夾雜物的彈性場的測定及相關(guān)問題》，J.化Eshe化y，《英國皇家學(xué)會學(xué)報》，第 241卷，（1957)，第376-396頁，W及《楠球形夾雜物之外的彈性場》，J.化Eshe化y，《英國皇 家學(xué)會學(xué)報》A系列，《數(shù)學(xué)與物理科學(xué)》的，第252卷，編號1271，（1959年10月27日）， 第561-569頁，W及J.化Eshe化y，《固體力學(xué)進程》第II卷，北荷蘭出版公司，阿姆斯特丹， (1961)M.Bornert,T.Bretheau,P.Gillormini,Homogeneisationenmecaniquedes materiaux，HermesScience，coll.MecaniqueetIngenieriedesMateriaux，2001)。 [0039] 如有必要，則把材料的各向異性特征考慮在內(nèi)，對運些分量進行估算。 W40] 通過提出使楠球形的測試主體包含在預(yù)先已知其機械性能的測量區(qū)內(nèi)，現(xiàn)存裝置 的實例開發(fā)了上述成果，所W其中變形場的值基本一致，并且反映出測量區(qū)內(nèi)運些場的數(shù) 值。楠球形的測試主體是實屯、的。
[0041] 可W通過任何適當?shù)姆绞桨褱y試主體與結(jié)構(gòu)相結(jié)合。例如，測試主體的表面可具 有粗糖區(qū)域或硬鐵絲或突出物，W便于其附接。如果測試主體的包絡(luò)形狀是楠球形，或者 如果表面粗糖區(qū)域的尺寸與測試主體相比可W忽略不計，那么測試主體還是考慮為楠球形 的。
[0042] 實際上，與針對測試主體內(nèi)應(yīng)力值變化的測試主體相比，測量區(qū)是足夠大的，W便 與所要求的測量精確度相比為很小。
[0043] 將多個變形傳感器與運個測試主體相結(jié)合的本發(fā)明的裝置能夠同時測量其中與 變