1.一种基于FBG探针系统的形变灵敏度测量方法,所述FBG探针系统是由探针模块、光路模块、信号处理模块、上位机模块、微位移驱动模块组成,上位机模块包含数据采集卡、上位机;所述微位移驱动模块包含精密三维微动台、压电纳米定位器,其特征是,所述形变灵敏度测量方法是按如下步骤进行:步骤1、对位于所述压电纳米定位器上的被测样品的表面进行测量,得到与位移相关的电压信号;
步骤2、固定FBG探针的尖端部分不动,所述上位机输出压电控制信号,用于控制所述压电纳米定位器进行纳米量级位移输出,以驱动被测样品表面步进,从而控制FBG探针尖端与被测样品表面间的相对距离;
当所述相对距离进入测量区域时,FBG探针中一体化测杆产生相应弹性形变;
所述上位机通过信号处理模块及信号采集卡,采集测量区域内,且与步进位移相关的电压信号;
步骤3、所述上位机对与步进位移相关的电压信号进行均值和数据拟合处理后,将测量区域划分为非接触界面力作用区域及接触弹性变形区域,从而判断FBG探针尖端与被测样品表面的接触状态;
步骤4、所述上位机选取接触弹性变形区域内的与步进位移相关的电压信号,从而得到接触区域的位移‑电压测试数据;
对所述位移‑电压测试数据进行最小二乘拟合,得到接触弹性变形区域的灵敏度曲线,且灵敏度曲线斜率表示FBG探针在接触弹性变形区域的形变‑电压的灵敏度;
步骤5、根据胡克定律得到FBG探针在接触区域的形变‑电压灵敏度即为到非接触区域的形变‑电压灵敏度。
2.一种基于FBG探针系统的形变灵敏度的界面力标定方法,其特征是,利用权利要求1所述的基于FBG探针系统的形变灵敏度测量方法得到非接触区域的形变‑电压灵敏度后,按如下步骤对非接触区域的界面力进行间接标定:a、固定FBG探针尖端部分不动,所述上位机输出压电控制信号,用于控制所述压电纳米定位器进行纳米量级位移输出,以驱动被测样品表面步进,从而控制FBG探针尖端与被测样品表面间的相对距离,使得FBG探针尖端进入非接触界面力作用区域时,FBG探针中一体化测杆产生相应的弹性变形;
b、所述上位机通过判断FBG探针尖端与被测样品表面的接触状态,以控制压电纳米定位器步进至FBG探针尖端与被测样品表面间的接触零点;
所述上位机通过信号处理模块及信号采集卡,采集在弹性变形过程中非接触界面力作用区域内与相对距离相关的电压信号;
c、标定FBG探针系统中一体式测杆的力学参数,包括:杨氏模量、弹性系数;
d、根据接触弹性变形区域的FBG探针的形变‑电压灵敏度和已标定的FBG探针的力学参数,基于胡克定律,并结合FBG探针系统的光功率传递关系,建立与FBG探针尖端‑表面间相对距离相关的电压信号与界面力之间的函数模型;
e、所述非接触界面力作用区域内与相对距离相关的电压信号输入所述函数模型中,从而建立非接触界面力作用区域的距离‑力曲线。