《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》是河海大學於2014年7月22日申請的專利，該專利的公布號為CN104142224A，授權公布日為2014年11月12日，發明人是蘇懷智、楊孟。
《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置中光纖多自由度固定系統依次與人工加卸載裝置和油壓控制加卸載裝相連線，待測光纖與光纖多自由度固定系統以及分散式光纖布里淵頻移獲取系統相連線；通過控制多自由度固定系統中的裝置實現對光纖性能的測試。該測試平台所有部件均可自由拆卸與裝配，為完成不同測試要求搭建了一個多目標測試平台，給可能的試驗探究提供了巨大的二次開發空間，該發明的裝置，具有構造輕便、價格低廉、操作方便、受干擾小、測試類多、適應性強、性能穩定以及加卸方便等眾多優勢。
2017年12月11日，《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法
- 申請人：河海大學
- 申請日：2014年7月22日
- 申請號：2014103513127
- 公布號：CN104142224A
- 公布日：2014年11月12日
- 發明人：蘇懷智、楊孟
- 地址：江蘇省南京市西康路1號
- Int.Cl.：G01M11/00(2006.01)I
- 代理機構：南京經緯專利商標代理有限公司
- 代理人：張惠忠
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
隨著人們安全意識不斷提高以及各領域工程大量興建，結構物的健康監測更顯重要和緊迫，光纖智慧型材料作為一種功能型感測器在結構健康監測領域套用不斷增加。分散式光纖監測系統相對於電信號為基礎的感測監測系統和點式光纖監測系統而言，其技術難度、監測量的內容、指標以及監測場合和範圍均顯現出了巨大優勢。
與分散式光纖感測器光學參數相比，其自身一些物理參數並不完全是定量技術指標，國內外通常做法是進行相關試驗，在試驗中不破壞即為合格產品，試驗的發生是機率事件，不可能對於每一卷光纖每一處都進行試驗，因此對於實際工程中所套用的光纖參數性能基本為未知，即使對於進行過不破壞試驗的合格光纖而言，對於其性能優劣程度也缺乏定量認知，因此對於光纖選型、設計、生產、採購、施工以及使用均帶來了極大不便和浪費。
對於2014年前中國國內外光纖套用領域來講，用戶所使用的分散式光纖感測器參數基本都是採用光纖出廠時所常規標定的參數。套用於較複雜的工作環境時，特別是針對水工建築物等複雜巨工程的野外特殊工作環境，其對監測結果可靠性產生影響，尤其是分散式光纖感測器的力學性能以及感測性能顯著影響實際套用精度。
不同的光纖原材料或者不同的光纖生產工藝下所製造的光纖各項指標存在著較大差別，對於不同光纖生產廠家、不同光纖型號、不同護套材料以及同一光纖型號不同生產批次等情況下光纖基本參數也存在差異性，因此不論是科學研究還是生產套用，對於分散式光纖力學性能以及感測性能的測試都成為首要開展的前提工作。
光纖拉伸斷裂力比較小，為了能夠及時精確地捕捉追蹤到其產生、發展、破壞全生命周期內的變形機理，急切需要研究一種精確靈便的多目標光纖試驗平台；隨著光纖感測技術向著智慧型化、數位化、集成化以及小型化方向發展，監測其空間解析度技術不斷提高，其監測微小結構體成為了必然趨勢，為了更好配套於分散式光纖感測技術的發展，需要研發一種量程可調、方便攜帶、測試精確及構造簡單的多目標測試集成平台。
發明內容
專利目的
《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》的目的是針對2014年7月之前技術的不足，為了解決實際工程中分散式感測光纖的力學性能以及感測性能等測試問題而提出一種更加有效準確地靜動態多自由度光纖性能測試平台及測試方法，將緊套光纖的一些性能從一個定性指標變成一個定量指標，從普通意義推廣到具體工程實際套用概念；該發明裝置以及方法可進行高精度光纖力學性能室內標定試驗，也可以面向光纖套用於實際工程前的測試工作；在要求更精確標定結果時，可以多次計算，根據其計算結果服從常態分配原則，最終獲得更加精確的校準結果。
技術方案
《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》包括光纖多自由度固定系統、人工加卸載裝置、油壓控制加卸載裝、待測光纖、分散式光纖布里淵頻移獲取系統、數據處理分析系統；光纖多自由度固定系統依次與人工加卸載裝置和油壓控制加卸載裝相連線，待測光纖與光纖多自由度固定系統以及分散式光纖布里淵頻移獲取系統相連線。通過控制多自由度固定系統中的裝置實現對光纖性能的測試；分散式光纖布里淵頻移獲取系統用於採集光纖處於靜態或動態受力條件下布里淵頻移量值等光纖光學信息；數據處理分析系統用於線上處理與分析分散式光纖布里淵頻移獲取系統以及力感測器、高靈敏度溫度計等採集到的數位化信息。
該發明所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，所述初始端彈性固定裝置通過緊固螺桿貫通弧形前倉將初始端彈性固定裝置固定於初始固定端放置台上，光纖通過弧形前倉中小口徑光纖連通通道與高彈性內環壁中的微小口徑光纖聯通通道，通過轉動連通螺桿上的調節螺栓對高彈性內環壁施加軸向的壓力，通過圓L型外環壁對高彈性內環壁施加橫向壓力，通過高彈性內環壁將環向約束傳遞到微小口徑光纖聯通通道。
該發明所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，光纖多自由度固定系統還包括中間滑輪連動裝置一和中間滑輪連動裝置二，在後操作台中間上部位置以及中間偏下部位置分別設定有前後貫通的放置槽，以安放中間滑輪連動裝置一和中間滑輪連動裝置二；中間滑輪連動裝置一中通過操縱與刻度圓盤連線的角度調節圓柄進而帶動控制轉動連桿；以固定支點圓盤為固定支點，水平連線滑輪將從初始端彈性固定裝置中引出光纖且水平地過渡到中間滑輪連動裝置一中；上述裝置被封裝在弧形操作室中，且被緊固螺桿固定於後操作台內；通過放置於後操作台上的中間槽內連線滑輪，將中間滑輪連動裝置一中引出的待測光纖引至豎向小口徑光纖聯通通道內、並且連線到中間滑輪連動裝置二上；中間滑輪連動裝置二主要包括大直徑過渡滑輪以及小直徑過渡滑輪，其將待測光纖過渡到後續測試段。
該發明所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，光纖多自由度固定系統還包括末端非剛性固定裝置；末端非剛性固定裝置中通過轉動旋轉圓環帽控制旋轉圓環進出；旋轉圓環內壁內設有螺件，待測光纖通過外壁設有螺紋的光纖聯通通道，光纖聯通通道靠近光纖一側設有彈性材料內壁、且與待測光纖接觸並將環向荷載傳遞到待測光纖中，彈性材料圓壁受到旋轉圓環的水平向壓力，外緣厚壁圓桶將環向約束施加到彈性材料圓壁上，環向荷載傳遞到光纖聯通通道中的彈性材料內壁中。
該發明所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置中，普通連線滑輪可更換為內置彈簧的特製滑輪，螺紋桿柄與螺紋桿相連，螺紋桿的一端深入後操作台，弧形槽分別開槽於上長條形鋼塊和下長條形鋼塊一端，在其對應的另一端分別開槽，高彈性彈簧對相向的弧形槽施加豎向荷載，從而，待測光纖受到環向約束。
該發明所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置該測試裝置還包括兩套光纖加卸載裝置，對於人工加卸載裝置而言，螺紋圓盤以及固定圓盤將人工控制手柄與前操作平台連線固定，帶刻度水平橫樑貫穿移動平台，帶刻度水平橫樑上標註有刻度，移動平台與前操作平台之間有雙向力感測器，人工控制手柄與轉動水平螺紋橫樑連線，人工控制手柄兩端分別有轉動手柄和微調控制手柄，移動平台受到水平螺紋橫樑的水平轉動力，將水平荷載傳遞到初始端彈性固定裝置上；對於油壓控制加卸載裝置而言，伸縮圓柱與油壓加卸載控制手柄相連。
該發明所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置該測試裝置還包括特殊固定用圓座，固定用圓套管將特殊固定用圓座連線到底端水平固定橫柱，並且通過連線鋼板將固定用豎圓座連線。
該發明所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置該測試裝置中待測光纖，從頂端一直沿著測試裝置延伸到測試平台下端，最後與光纖布里淵頻移獲取系統相連線。
該發明所敘述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置該裝置可以通過光纖加卸載系統對光纖施加動靜態荷載，配套的分散式光纖布里淵頻移獲取系統和數據處理分析系統可以實現實時採集以及分析光纖信息，可以完成光纖不同曲率下的性能測試，以及對其極限拉伸荷載及綜合彈性模量等參數實現直接或間接監測。
該發明所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置的測試步驟如下：
待測光纖與初始端彈性固定裝置連線，經過中間滑輪連動裝置一以及中間滑輪連動裝置二，後經末端非剛性固定裝置被水平引出到光纖布里淵頻移獲取系統；
步驟1：裝配各部件並進行運行調試，根據試驗目的尤其裝配特製滑輪裝置以及調整轉動角度調節圓柄規定試驗曲率，布設待測光纖。
步驟2：記錄初始時間、溫度以及待測光纖初始標距，確定載入類型和動靜態監測方式，通過雙向力感測器所監測的結果來控制載入級數，後對試件進行受力試驗。
步驟3：基於試驗目的，監測、採集各個部位的長度、角度和荷載等監測數據。
步驟4：基於待測光纖的上述力學試驗，利用採集到的監測數據進行時時靜動態分析。
有益效果
《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》對於光纖選型、設計、生產、採購、施工以及使用提供了一個可靠的動靜態多自由度加卸控制系統，對於光纖感測參數的標定、套用於工程前的性能檢測以及進一步完善分散式光纖理論及其實際套用，提供了較好的測試平台；該發明巧妙設計了多種光纖彈性固定系統，將光纖無損耗且多自由度固定，依靠獨特滑輪連桿裝置可隨意改變光纖彎曲角度，實現多目標監測；採用特殊設計的人工和油壓兩套加卸載系統實現了自由控制光纖動靜態加卸載，其布里淵頻移獲取系統、力感測系統以及溫度採集系統等輔助設備可以實現對其力學性能以感測性能的實時採集和分析。該發明對於分散式光纖感測技術在實際套用中精度校準以及提高都具有重要的意義，該測試平台所有部件均可自由拆卸與裝配，為完成不同測試要求搭建了一個多目標測試平台，給可能的試驗探究提供了巨大的二次開發空間，該發明的裝置，具有構造輕便、價格低廉、操作方便、受干擾小、測試類多、適應性強、性能穩定以及加卸方便等眾多優勢。
附圖說明
圖1為《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》的平面示意圖；
圖2是圖1中局部I結構的放大示意圖；
圖3是圖1中局部II結構的放大示意圖；
圖4是圖1中局部III結構的放大示意圖；
圖5為該發明的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置的主視圖；
圖6為該發明的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置1-1剖面圖；
圖7為該發明的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置2-2剖面圖；
圖8為該發明試驗裝置中初始端彈性固定裝置71剖面圖；
圖9為該發明試驗裝置中中間滑輪連動裝置一72剖面圖；
圖10為該發明試驗裝置中中間滑輪連動裝置二73剖面圖；
圖11為該發明試驗裝置中末端非剛性固定裝置74剖面圖；
圖12為該發明試驗裝置中末端非剛性固定裝置74的3-3剖面圖；
圖13為該發明試驗裝置中特製滑輪裝置16剖面圖；
圖14為該發明試驗裝置中特製滑輪裝置16的4-4剖面圖；
圖15為該發明試驗裝置中特殊固定用圓座92剖面圖；
圖16為基於該發明裝置光纖水平拉伸試驗對比圖。
權利要求
1.《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》其特徵在於：包括光纖多自由度固定系統（70）、人工加卸載裝置（81）、油壓控制加卸載裝（40）、待測光纖（80）、分散式光纖布里淵頻移獲取系統（50）、數據處理分析系統（60）；光纖多自由度固定系統（70）依次與人工加卸載裝置（81）和油壓控制加卸載裝（40）相連線，待測光纖（80）與光纖多自由度固定系統（70）以及分散式光纖布里淵頻移獲取系統（50）相連線；通過控制多自由度固定系統（70）中的裝置實現對光纖性能的測試；分散式光纖布里淵頻移獲取系統（50）用於採集光纖處於靜態或動態受力條件下布里淵頻移量值等光纖光學信息；數據處理分析系統（60）用於線上處理與分析分散式光纖布里淵頻移獲取系統以及力感測器、高靈敏度溫度計等採集到的數位化信息。
2.根據權利要求1所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，其特徵在於：所述初始端彈性固定裝置（71）通過緊固螺桿（1）貫通弧形前倉（2）將初始端彈性固定裝置固定於初始固定端放置台（46）上，光纖通過弧形前倉（2）中小口徑光纖連通通道（6）與高彈性內環壁（5）中的微小口徑光纖聯通通道（7），通過轉動連通螺桿（4）上的調節螺栓（8）對高彈性內環壁（5）施加軸向的壓力，通過圓L型外環壁（3）對高彈性內環壁（5）施加橫向壓力，通過高彈性內環壁（5）將環向約束傳遞到微小口徑光纖聯通通道（7）。
3.根據權利要求1所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，其特徵在於：光纖多自由度固定系統（70）還包括中間滑輪連動裝置一（72）和中間滑輪連動裝置二（73），後操作台（20）中間上部與中間偏下部分別設定有前後貫通的放置槽、用於放置中間滑輪連動裝置一（72）和中間滑輪連動裝置二（73）；中間滑輪連動裝置一（72）中通過操縱與刻度圓盤（9）連線的角度調節圓柄（10）進而帶動控制轉動連桿（18）；以固定支點圓盤（11）為固定支點，水平連線滑輪（14）將從初始端彈性固定裝置（71）中引出光纖且水平地過渡到中間滑輪連動裝置一（72）中；上述裝置被封裝在弧形操作室（13）中，且被緊固螺桿（12）固定於後操作台（20）內；通過放置於後操作台（20）上的中間槽內連線滑輪（16），將中間滑輪連動裝置一（72）中引出的待測光纖（80）引至豎向小口徑光纖聯通通道（17）內、並且連線到中間滑輪連動裝置二（73）上；中間滑輪連動裝置二（73）包括大直徑過渡滑輪（18）以及小直徑過渡滑輪（19），大直徑過渡滑輪（18）以及小直徑過渡滑輪（19）用於將待測光纖（80）過渡到後續測試段。
4.根據權利要求1所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，其特徵在於：光纖多自由度固定系統（70）還包括末端非剛性固定裝置（74）；末端非剛性固定裝置（74）中通過轉動旋轉圓環帽（21）控制旋轉圓環（22）進出；旋轉圓環（22）內壁內設有螺件，待測光纖（80）通過外壁設有螺紋的光纖聯通通道（25），光纖聯通通道（25）靠近光纖一側設有彈性材料內壁（47）、且與待測光纖（80）接觸並將環向荷載傳遞到待測光纖（80）中，彈性材料圓壁（24）受到旋轉圓環（22）的水平向壓力，外緣厚壁圓桶（23）將環向約束施加到彈性材料圓壁（24）上，環向荷載傳遞到光纖聯通通道（25）中的彈性材料內壁（47）中。
5.根據權利要求1所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，其特徵在於：連線滑輪（16）可更換為內置彈簧的特製滑輪，螺紋桿柄（26）與螺紋桿（27）相連，螺紋桿（27）的一端深入後操作台（20），弧形槽（29）分別開槽於上長條形鋼塊（28）和下長條形鋼塊（31）一端，在其對應的另一端分別開槽，高彈性彈簧（30）對相向的弧形槽（29）施加豎向荷載、環向約束待測光纖（80）。
6.根據權利要求1所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，其特徵在於：還包括對於人工加卸載裝置（81）與油壓控制加卸載裝置；人工加卸載裝置（81）上的螺紋圓盤（35）以及固定圓盤（34）將人工控制手柄（33）與前操作平台（37）連線固定，帶刻度水平橫樑（38）貫穿移動平台（36），帶刻度水平橫樑（38）上標註有刻度，移動平台（36）與前操作平台（37）之間有雙向力感測器（39），人工控制手柄（33）與轉動水平螺紋橫樑（32）連線，人工控制手柄（33）兩端分別有轉動手柄和微調控制手柄，移動平台（36）受到水平螺紋橫樑（32）的水平轉動力，將水平荷載傳遞到初始端彈性固定裝置（71）上；油壓控制加卸載裝置上的伸縮圓柱（40）與油壓加卸載控制手柄（93）相連。
7.根據權利要求1所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，其特徵在於：還包括固定用圓座（92），固定用圓套管（42）將固定用圓座（92）連線到底端水平固定橫柱（44），並且通過連線鋼板（41）將固定用豎圓座（43）連線。
8.根據權利要求1所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，其特徵在於：待測光纖（80）從頂端一直沿著測試裝置延伸到測試平台下端與光纖布里淵頻移獲取系統（50）相連線。
9.根據權利要求1所敘述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，其特徵在於：通過光纖加卸載系統對光纖施加動靜態荷載，配套的分散式光纖布里淵頻移獲取系統（50）和數據處理分析系統（60）實現實時採集以及分析光纖信息，完成光纖不同曲率下的性能測試以及對其極限拉伸荷載及綜合彈性模量等參數實現直接或間接監測。
10.利用上述權利要求所述的分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置，其特徵在於，測試方法步驟如下：待測光纖（80）與初始端彈性固定裝置（71）連線，經過中間滑輪連動裝置一（72）以及中間滑輪連動裝置二（73），後經末端非剛性固定裝置（74）被水平引出到光纖布里淵頻移獲取系統（50）；步驟1：裝配各部件並進行運行調試，根據試驗目的尤其裝配特製滑輪裝置（16）以及調整轉動角度調節圓柄（10）規定試驗曲率，布設待測光纖（80）；步驟2：記錄初始時間、溫度以及待測光纖初始標距，確定載入類型和動靜態監測方式，通過雙向力感測器39所監測的結果來控制載入級數，後對試件進行受力試驗；步驟3：基於試驗目的，監測、採集各個部位的長度、角度和荷載等監測數據；步驟4：基於待測光纖（80）的上述力學試驗，利用採集到的監測數據進行時時靜動態分析。
實施方式
操作內容
《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》它是由光纖多自由度固定系統70、人工加卸載裝置81以及油壓控制加卸載裝置40、待測光纖80、分散式光纖布里淵頻移獲取系統50、數據處理分析系統60以及其他輔助系統組成。其中，光纖多自由度固定系統主要包括初始端彈性固定裝置71、中間滑輪連動裝置一72和中間滑輪連動裝置二73以及末端非剛性固定裝置74，通過控制多自由度固定系統70中的不同裝置實現待測光纖不同方向、不同曲率上的布設；光纖分散式光纖布里淵頻移獲取系統50主要用來採集光纖處於靜態或者動態受力條件下，布里淵頻移量值等光纖光學信息；數據處理分析系統60主要是線上處理與分析分散式光纖布里淵頻移獲取系統以及力感測器、高靈敏度溫度計等採集到的數位化信息；其他輔助測試裝置主要包括高靈敏度電子溫度計91、特殊固定用圓座92、油壓加卸載控制手柄93以及減震彈性支架94等配套附屬裝置。
光纖多自由度固定系統70包括四種不同設計思路和使用方法的光纖多自由度固定裝置，其中初始端彈性固定裝置71中通過緊固螺桿1貫通弧形前倉2，將初始端彈性固定裝置牢固地固定於初始固定端放置台46，光纖通過弧形前倉2中小口徑光纖連通通道6以及高彈性內環壁5中的微小口徑光纖聯通通道7，通過轉動連通螺桿4上的調節螺栓8不斷對高彈性內環壁5施加軸向的壓力，高彈性內環壁5因受到軸向壓力不斷受迫而發生軸向壓縮，但其縱向截面因受到圓L型外環壁3的縱向壓力束縛，其將不斷地縱向緊固微小口徑光纖聯通通道7，最終將微小口徑光纖聯通通道7中的光纖緊緊壓制於其中，採用橫向受壓聯動縱向彈性變形的方法將目標光纖以非剛性的方式緊固於拉伸端，可以極為有效地避免光纖在受到剛性夾具夾持時因材料硬度不協調而產生的物理損傷。該發明的初始端彈性固定裝置71為針對該試驗平台特殊要求而設計，更換方便、操作簡單、實用性強，其為光纖性能測試提供了有力的保障。
光纖多自由度固定系統70包括中間滑輪連動裝置一72和中間滑輪連動裝置二73。中間滑輪連動裝置一72中，通過操縱與刻度圓盤9連線的角度調節圓柄10，進而帶動控制轉動連桿18，根據不同測試需求來調節可調角度滑輪15，使得光纖在該處的彎曲角度發生變化，固定支點圓盤11起到固定以及支點作用，水平連線滑輪14主要是將從初始端彈性固定裝置71中引出的光纖，水平過渡到中間滑輪連動裝置一72中，整個裝置被封裝在弧形操作室13中，其可以自由拆卸，以便於安裝光纖以及控制操作，其主要是提供各個部件連線及操作空間，保護各個部件免受外界可能存在的不利環境干擾，整個裝置被緊固螺桿12牢固地固定於後操作台20，該處發明的中間滑輪連動裝置一72利用槓桿平衡原理，通過固定支點高效精確地實現了對光纖彎曲角度的控制，其可操作性強。通過放置於後操作台上的中間槽內連線滑輪16，將從中間滑輪連動裝置一72中引出的待測光纖80引至豎向小口徑光纖聯通通道17，連線到中間滑輪連動裝置二73。中間滑輪連動裝置二73主要包括大直徑過渡滑輪18以及稍小直徑過渡滑輪19，其將待測光纖80簡單有效地過渡到後續試驗段，該處發明的中間滑輪連動裝置二73巧妙利用不等直徑的大小圓盤外圓弧相切，將待測光纖80平緩地從豎直位置過渡到水平位置，其不僅可以靈活調節光纖位置，而且可以使得該處光纖彎曲曲率完全符合測試要求；在後操作平台中間上部位置以及中間偏下部位置分別設定有前後貫通的放置槽，以方便放置中間滑輪連動裝置一72以及中間滑輪連動裝置二73。
光纖多自由度固定系統70還包括末端非剛性固定裝置74。該裝置中通過轉動旋轉圓環帽21可以控制旋轉圓環22進出，旋轉圓環內壁為帶螺紋部件，光纖聯通通道25為外壁帶螺紋薄層光纖通道，該光纖通道靠近光纖一側有一定厚度的彈性材料內壁47，其與光纖接觸，可以將環向荷載有效傳遞到待測光纖80中，且可以保證光纖不受到剛性量級差距較大的高剛性部件壓迫而破壞，當旋緊旋轉圓環22時，其靠近彈性材料圓壁24的一端面將擠壓彈性材料圓壁24，由於其外緣厚壁圓桶23剛性較大，迫使其向光纖聯通通道25方向壓縮，外加其內層的彈性材料內壁47具有彈性膨脹與壓縮特性，將光纖以非剛性的方式固定於其中。該發明的非剛性固定裝置74，合理利用了力傳遞以及平衡原理，巧妙結合彈性材料體特性，通過螺紋間轉動連動控制荷載，較好地實現了光纖非剛性的連動固定，其操作簡單，為實現光纖的有效操作控制提供了另一新途徑。
該測試平台在需要精確計算溫度效應影響或者環境溫度變化較大等情況下的溫度補償計算時，可以將普通連線滑輪16更換為內置彈簧的特製滑輪。該特製滑輪裝置主要通過螺紋桿柄26轉動一端深入後操作台20的螺紋桿27，其將連帶高彈性彈簧30壓縮，帶動對向的弧形槽29對接，其內敷設的待測光纖80將隨之被緊密壓實，此處發明的裝置利用彈簧工作原理，結合螺紋加卸載思路，根據力平衡原理，通過外層設定有一定厚度彈性材料的對向移動的弧形槽29將光纖固定於其中，其仍為彈性固定裝置，但其為該處特殊豎向固定位置而獨特設計，可以實現與光纖柔性銜接，協同變形，其思路新穎，構造簡潔，其中弧形槽29分別開槽於上長條形鋼塊28和下長條形鋼塊31一端，為了備用在其對應的另一端分別開槽。將待測光纖80固定之後，從該處一直向下延伸到末端非剛性固定裝置74處的待測光纖80為固定且自由狀態，其不受載入裝置的影響，其為只有溫度變化所引起的布里淵頻移段，通過分散式光纖布里淵頻移獲取系統50將該處作為溫度補償段分析計算。
該測試平台光纖加卸載系統。為了實現不同測試需求，設計了兩套光纖加卸載裝置。一套為人工加卸載裝置81，其主要是通過人工控制手柄33來轉動水平螺紋橫樑32，通過將螺紋轉動帶動移動平台36水平向受力移動，進而拉動初始端彈性固定裝置71水平向前移，從而可以實現對光纖的人工加卸載，通過螺紋圓盤35以及固定圓盤34，將其人工控制手柄33與前操作平台37連線固定，在附圖1中人工控制手柄33左右端分別有轉動手柄和微調控制手柄，根據不同需要可以對其進行相應操作，帶刻度水平橫樑38貫穿移動平台36，其主要用來實時標註顯示刻度，在移動平台36與前操作平台37之間有雙向力感測器39，其主要用來獲取感測光纖受到加卸載裝置作用下動靜態加荷和卸載值；第二套載入裝置為油壓控制加卸載裝置，其主要有伸縮圓柱40、油壓加卸載控制手柄93以及油壓控制系統等多部件組成。
該測試裝置中另安裝一套溫度補償計算用高靈敏度電子溫度計91，其可以自動讀取此刻溫度以及顯示當前日期以及時間，其為判斷外界環境溫度影響效應、進行溫度補償計算和記錄完整測試過程的有效補充。在使用過程中可能存在過大的拉伸荷載，使得該設備出現位置移動或者是在實際工程中出現非水平面內使用的特殊情況，為此特殊設計了其他輔助系統中的特殊固定用圓座92：固定用圓套管42將特殊固定用圓座92連線到底端水平固定橫柱44，並且通過連線鋼板41將固定用豎圓座43連線，在需要固定情況下通過固定用豎圓座43以及螺栓桿將其固定於某需要固定位置處。在整個測試平台底端安裝有減震硬彈性支架94，其主要由內置硬彈性材料構成，可以用來防止外力干擾以及試驗和運輸過程存在的震動等影響，以最大程度地降低外界環境的干擾，提高光纖測試平台測試結果的準確性和穩定性。
對於該測試裝置中的光纖布里淵頻移獲取系統50而言，對於不同的分析儀其空間解析度也有較大差別，待測光纖80從頂端一直沿著測試裝置延伸到試驗平台下端，該獨特的光纖走向，增加了待測光纖的長度，該做法目的之一即為了使得該裝置能與不同空間解析度的光纖分析儀更好結合使用。
待測光纖80在受到光纖加卸載系統載入時其布里淵頻移的變化量值（ΔvB）拉伸與溫度T、應變ε的變化有關，且有較好的線性關係，溫度T所引起的布里淵頻移vB（T）用公式表示為vB（T）＝vB（T0）+CT′ΔT，即ΔvB（T）＝vB（T）-vB（T0）＝ΔT×CT′，其中，vB（T0）為初始溫度T0下的布里淵頻移量值，ΔvB（T）為待測光纖被拉伸段的溫度變化所引起的布里淵頻移變化量，CT′為待測光纖被拉伸段的溫度係數，ΔT即為溫度的變化量值，可以通過前述溫度補償用光纖或者高靈敏度電子溫度計91獲取結果；通過上述公式可以計算出此時被拉伸段待測光纖因外界溫度引起的形變數值，進而根據ΔvB（ε，T）拉伸＝Cε′Δε+CT′ΔT可以得出ΔvB（ε，T）拉伸＝ΔvB（ε）拉伸+ΔvB（T）拉伸，即可得出ΔvB（ε）拉伸＝ΔvB（ε，T）拉伸-ΔvB（T）拉伸，最終計算出利用該測試平台所監測的形變數值為
，其中ΔvB（ε，T）拉伸為應變與溫度耦合引起的布里淵頻移的變化量值，Δε為應變的變化，ΔvB（ε）拉伸、ΔvB（T）拉伸分別為拉伸段光纖應變以及溫度所引起的布里淵頻移變化量值，Cε′為被拉伸段待測光纖的應變係數，Δε拉伸為被拉伸段待測光纖的應力引起應變變化量值。
數據處理分析系統60，其主要是將分析儀50、雙向力感測器39、高靈敏度電子溫度計91等獲取的數位化測值信息進行存取、處理、分析，並且繪製信息時程變化曲線。
該平台可以通過光纖加卸載系統對光纖施加動靜態荷載，配套的分散式光纖布里淵頻移獲取系統50和數據處理分析系統60可以實現實時採集以及分析光纖信息，可以完成光纖不同曲率下的性能測試，以及對於其極限拉伸荷載及綜合彈性模量等參數可以實現直接或間接監測。比如，記錄的光纖初始標距長度為l0，當施加一定荷載後採集到的荷載值為F0，此時的光纖長度為l00，則此刻應變值為
，其對應應力值為
，s0為對應的光纖橫截面積，則可以通過該裝置計算出對應的光纖綜合彈性模量值為（）/（）。
該平台還可以進行高精度光纖力學性能標定試驗，通過上述操作將初始時待測光纖有效拉伸長度記為l1，在受到載入裝置作用後光纖有效拉伸長度記為l2，則形變控制以及監測設備所獲取的光纖應變值為
，使用高靈敏度電子溫度計91所監測到的溫度變化值為ΔT，第m次載入相對於初始的應變數值為Δεm，對應的溫度變化量值為ΔTm，第n次載入對應的應變數變化值為Δεn（m≠n），對應的溫度變化量值為ΔTn，則根據光纖布里淵頻移計算原理可以得出下列計算公式Δ：
利用上面公式可以得到：
進而可以得到：
其中Cε為應變係數，CT為溫度係數，（ΔVB）i為第i次載入下的布里淵頻移變化量值。通過利用該試驗平台，根據上述公式的推導過程，藉助該發明裝置可以對待測光纖80的溫度係數以及應變係數進行高精度標定，該發明裝置以及方法也可以面向光纖套用於實際工程前的測試工作；在要求更精確標定結果時，可以多次計算，根據其計算結果服從常態分配原則最終獲得更加精確的校準結果。
實施案例
- 實施例1
該實施例將以SMF-28e普通單模光纖作為待測光纖80為例，說明該發明中主要裝置的製作和裝配步驟：
第一步，採用長180毫米、寬30毫米、高120毫米的鋼板製作成前操作平台37，將移動平台36製作成長180毫米、寬60毫米、高60毫米的鋼板，使用長180毫米、寬50毫米、高140毫米的鋼板製作成後操作台20；在前操作平台37、移動平台36和後操作台20上端兩個角部區域各加工一個M24標準螺栓孔，在前操作平台37和後操作台20中下部各加工一個M27標準螺栓孔，在前操作平台37兩個螺栓孔的中間偏下部位加工一個30毫米的圓孔，在後操作台20、移動平台36頂部對應位置加工一個M20螺栓孔，用於放置不同類型的光纖彈性固定裝置。在後操作台20中間靠上部位開設貫通前後的槽孔，主要用於放置滑輪裝置16，並且在槽孔底端貼近外邊面開通貫通上下的小口徑光纖聯通通道，在後操作台20中間下端位置開設貫通前後的槽孔，用於放置中間滑輪連動裝置二73。
第二步，底端水平固定橫柱44長為620毫米、直徑為27毫米、兩連線埠帶螺紋，首先將尺寸略大於底端水平固定橫柱44的特殊固定用圓座92套置於底端水平固定橫柱44，用底端水平固定橫柱44將前操作平台37和後操作台20連線，通過長度為620毫米、直徑為24毫米兩連線埠帶螺紋的帶刻度水平橫樑38將前操作平台37、移動平台36和後操作台20連線，使用直徑為50毫米，厚度為30毫米螺紋圓盤35外接直徑18毫米的固定圓盤34將其人工控制手柄33通過前操作平台37上的圓孔與長度為500毫米、直徑為30毫米的轉動水平螺紋橫樑32連線，最後使用相應規格的螺栓將上述部件緊密固定。
第三步，考慮到各個光纖彈性固定裝置及其他精密部件複雜性和高製作工藝，關於其詳細的製作步驟以及工藝本處不再贅述，將事前製作好的各個光纖彈性固定裝置按照規定設計安裝到各個部位的指定位置。
第四步，參照說明書中的內容，將其他輔助系統中每一個部件按照具體測試要求進行選擇以及安裝。最後將光纖布里淵頻移獲取系統50和數據處理分析系統60與前述裝配好的測試系統連線，以組成一套集加卸載系統、測力系統、感測系統以及數據處理分析系統為一體的分散式感測光纖性能多目標多自由度靜動態測試集成平台。
- 實施例2
為了方便闡述該平台最基本的操作步驟，僅以測試光纖水平軸向拉伸下分散式光纖變形性能測試為例做具體闡述。
1.試驗材料與試件
使用SMF-28e普通單模光纖，由於其非裸光纖，外表有一層橡膠保護層，將緊套光纖依次穿過初始端彈性固定裝置71、中間滑輪連動裝置一72和中間滑輪連動裝置二73以及末端非剛性固定裝置74，並且使用NBX-6050A型預泵浦布里淵光時域分析技術的分散式光纖布里淵頻移獲取系統、DVP-730型光纖熔接機、熱縮管數個以及DVP-105型光纖切割刀、Panasonic-CF-FGCYCDP型數據處理分析系統等配套設備。
2.測試步驟
步驟1：首先按照一定曲率轉動角度調節圓柄10，並且將已經貫穿有待測光纖的初始端彈性固定裝置71以及末端非剛性固定裝置74通過調節相應的部件擰緊裝置。
步驟2：將待測光纖兩端分別連線NBX-6050A型預泵浦布里淵光時域分析技術的分散式光纖監測系統的連線埠，固定雙向力感測器39於對應位置，打開高靈敏度電子溫度計，將Panasonic-CF-FGCYCDP型數據處理分析系統連線各個監測部件，完成載入前的準備工作。
步驟3：記錄開始時間及開始溫度，選擇載入類型，該次試驗為了方便闡述，選擇手動載入方式進行，標定載入前的初始標距，並記錄其數值，然後轉動角度調節圓柄10，通過雙向力感測器39所監測的結果來控制載入級數，通過轉動角度調節圓柄10上的手握式轉柄進行微調載入，以實現實時動態精確控制，通過使用NBX-6050A不斷採集布里淵頻移數值以及利用Panasonic-CF-FGCYCDP型數據處理分析系統計算應變結果。
步驟4：根據該試驗的目的每轉動角度調節圓柄10一圈即刻記錄此時溫度計的數值，以及使用NBX-6050A進行光纖應變監測。
3.試驗結果分析
對預先設定好的八次載入的應變結果進行分析，首先通過溫度計所記錄的溫度變化情況，發現溫度一直保持在20°左右，通過公式（ΔvB）T＝CvTΔT可以得出試驗溫度變化ΔT≈0，其所引起的布里淵頻移可以不用考慮，結合整個測試時間歷時較短，在室內試驗時溫度基本上保持恆定，所以從記錄的溫度上看，可以忽略因為溫度變化所引起的應變。
通過公式ΔvB（ε，T）＝CvεΔε+CvTΔT以及ΔvB（ε）＝ΔvB（ε，T）-ΔvB（T）計算得出待測光纖80的拉伸應變值，然後採用基準分析方法，將每次載入步的應變值均減去初始結果，扣除初始應力影響，只考慮拉伸載入過程中的變形，對比分析結果見圖13，在圖中列出了其中4次載入結果的對比值，扣除因為光纖製作過程中本身內部材料在拉伸時存在的相對位移等不可改變的原因外，從這四次結果值上看，在包含夾具長度在內的部分拉伸段1.8米～2.25米處，隨著載入步的不斷增加，光纖整體上其拉伸應變值在不斷增加，且在中間荷載步上變化最大，在載入初始和最終階段增加較小。
通過試驗驗證，以及進行結果對比分析，進而驗證了該發明裝置及測試方法的合理性及可行性。
榮譽表彰
2017年12月11日，《分散式感測光纖多目標多自由度靜動態測試裝置及方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
