【摘要】：重型機床結(jié)構(gòu)變形對加工工件精度有重大影響,為了準確獲得FBG測點應變值,求解結(jié)構(gòu)力致變形,提出了一種基于粘貼式FBG自身只能測量沿其軸向應變特性的溫度補償方法,補償基體及粘接劑熱膨脹影響。等截面懸臂梁實驗表明:此方法能夠解決粘貼式FBG在重型機床結(jié)構(gòu)力致變形場測量中存在的問題。
【圖文】：

近幾年，ＦＢＧ傳感器因其抗電磁干擾、遠距離傳輸及“一線多點”的優(yōu)點［６－７］，應用領域不斷增大，并在重型機床變形場監(jiān)測方面取得了突破性的進展，尤其粘貼式ＦＢＧ的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)基于機床溫度場分析變形場的思路。粘貼式ＦＢＧ可以直接測量機床結(jié)構(gòu)的變形場，武漢理工大學ＬｉｕＹｉ［８］、ＨｕａｎｇＪｕｎ［９］，意大利ＰａｏｌｏＢｏｓｅｔｔｉ［１０］使用粘貼式ＦＢＧ測量了機床結(jié)構(gòu)件變形。由于光纖光柵對溫度、應變同時敏感，為了辨別重型機床結(jié)構(gòu)力致變形及熱變形，在使用粘貼式ＦＢＧ進行機床結(jié)構(gòu)件力致應變測量時，除了考慮基體受溫度作用外，還需要考慮ＦＢＧ自身與環(huán)境溫度變化和基體、粘接劑熱膨脹效應之間的關(guān)系。ＦＢＧ溫度補償方法一直是研究熱點，如王宏亮等人［１１］提出的差動式補償方法，萬里冰等人［１２］研究的參考ＦＢＧ的方法，王雯珍等人［１３］提出的二元回歸分析算法，樊曉宇等人［１４］提出的ＢＰ網(wǎng)絡補償，但是這些方法都不能滿足機床結(jié)構(gòu)不對稱、溫度梯度大且測點多的要求。僅在測量結(jié)構(gòu)應變點的同時懸空布置ＦＢＧ溫度傳感器完成應變測量的溫度補償［８－９，１５］，忽略了基體和粘接劑的熱膨脹問題及懸空布置ＦＢＧ與粘貼ＦＢＧ之間的溫度差異，不能完全補償溫度帶來的影響。綜合機床結(jié)構(gòu)力作用方向明顯、車間環(huán)境與機床結(jié)構(gòu)表面溫度存在差異、基體及粘接劑熱脹冷縮等特點，作者提出了基于ＦＢＧ只對單一方向應變敏感特性的溫度補償方法。實驗驗證結(jié)果表明，該方法能夠明顯提高ＦＢＧ機床結(jié)構(gòu)件力致應變測量的準確性。１ＦＢＧ應變測量時影響因素分析１．１ＦＢＧ傳感原理ＦＢＧ

偏移值明顯高于環(huán)境溫度引起的中心波長變化。結(jié)果表明，相較于環(huán)境溫度引起的ＦＢＧ中心波長變化，基體、粘接劑的熱膨脹效應是很明顯的。顯然，實際ＦＢＧ測量值受環(huán)境溫度變化及基體、粘接劑熱膨脹效應的影響。直接使用環(huán)境溫度變化引起的ＦＢＧ中心波長變化量補償測點波長變化是存在明顯缺陷的，因此有必要研究新的補償方法。２理論分析及裝置介紹測量應變的敏感方向單一是ＦＢＧ自身特性，即只對沿ＦＢＧ軸向應變敏感，確定載荷引起應變方向之后，與載荷引起的應變垂直方向不會存在載荷作用產(chǎn)生的應變。文中充分利用此特性，提出在其載荷應變垂直方向布置另外一個應變測量ＦＢＧ來補償環(huán)境溫度和基體、粘接劑熱膨脹作用的影響。對于已經(jīng)標定的ＦＢＧ溫度傳感器來說，其環(huán)境溫度變化引起的中心波長變化Δλ可由其溫度與ＦＢＧ中心波長函數(shù)Ｆ（Ｔ）求得；機床立柱、橫梁、底座，其制作材料都是各向同性材料，，且在０～１００℃內(nèi)材料熱膨脹系數(shù)基本保持不變，基體溫度變化會產(chǎn)生熱應變ξ＝α妁ΔＴ，其中：α為材料熱膨脹系數(shù)，ΔＴ為溫度變化量，基體熱膨脹效應由其材料熱膨脹系數(shù)決定；粘接劑的熱膨脹效應同樣由其材料熱膨脹系數(shù)決定。根據(jù)上述分析，文中搭建了等截面懸臂梁彎曲應變測量實驗平臺進行驗證，具體如圖４所示。其中：支座固定，ＦＢＧ１與ＦＢＧ２相互垂直且距離較近，ＦＢＧ２粘貼在沿懸臂梁長度方向距離懸臂端１００ｍｍ位置處，ＦＢＧ３懸空布置，砝碼布置在懸臂梁末端，忽略ＦＢＧ１與ＦＢＧ２的粘膠形狀的影響及粘貼工藝的差異。３實驗驗證由于ＦＢＧ傳感器對溫度及應變同時敏感，所以首先對ＦＢＧ進行了溫度標定。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王宏亮;喬學光;傅海威;馮德全;李東明;;一種應力遲滯和溫度自動補償型FBG壓力傳感器[J];光電子.激光;2008年01期

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 劉波;賈承來;張昊;羅建花;;DBR光纖激光器拍頻傳感及其組網(wǎng)技術(shù)研究[J];光電子.激光;2010年11期

2 倪凱;董新永;王劍鋒;徐海松;;單光纖光柵對溫度與應變的同步測量[J];光電子.激光;2010年12期

3 張渤;;基于FBG傳感技術(shù)的微機電甲烷傳感器[J];煤炭技術(shù);2014年06期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 劉世豪;龍門機床進給系統(tǒng)熱—力耦合動態(tài)建模分析及優(yōu)化方法研究[D];南京航空航天大學;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 莊宏順;基于光纖光柵的液位傳感技術(shù)[D];黑龍江大學;2010年

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李川,孫宇,吳晟,李俊,袁輝;分離應變和溫度的差動式光纖Bragg光柵傳感器[J];儀表技術(shù)與傳感器;2004年03期

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 安曉力;;可勻速進藥的粘貼式藥片[J];國際科技交流;1988年11期

2 羅尚旗;可粘貼仿瓷玩具的制作[J];農(nóng)村百事通;1997年06期

3 ;可粘貼的招透明顯市屏問世[J];功能材料信息;2014年01期

4 ;衛(wèi)生巾在中國的十年飛躍[J];清洗世界;2002年08期

5 ;[J];;年期

相關(guān)會議論文 前2條

1 林曉陽;王萬明;張志宏;陳慶泉;;粘貼式負壓沖吸器在骨及軟組織感染控制中的應用[A];中國中西醫(yī)結(jié)合學會脊柱醫(yī)學專業(yè)委員會2008年學術(shù)會議論文匯編[C];2008年

2 馬莉;;粘貼式潔凈袋在低位腸梗阻腸減壓術(shù)中的應用[A];中華護理學會第14屆全國手術(shù)室護理學術(shù)交流會議論文匯編（中冊）[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 記者 袁福國 通訊員 孫育德 譚海濤;宜昌開展小飯桌規(guī)范“護蕾”行動[N];中國醫(yī)藥報;2013年

2 田愛文;蘄春征稽所扎實開展稽查服務萬里行活動[N];黃岡日報;2007年

本文編號：2562220