光纖光柵在健康結(jié)構(gòu)檢測中的應用.pdf

1、光纖光柵是近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一,對特定波長的光具有反射或者透射作用.其峰值波長隨著溫度、應力等物理量的變化而變化,通過設計敏感結(jié)構(gòu)進行非光學物理量的轉(zhuǎn)換.光纖光柵傳感器具有多項傳統(tǒng)式傳感器所沒有的優(yōu)點,使其在未來有廣闊的應用前景.研究圍繞著光纖光柵傳感系統(tǒng)的研發(fā),論文的主要工作可歸納如下:一.理論分析1.對光纖光柵的基本理論進行了分析,通過耦合模理論結(jié)合邊界條件推導布拉格公式,進而得到布拉格光柵光纖的反射譜特性.2.對光

2、纖光柵的傳感理論進行了分析,通過應變、溫度、壓力對光纖光柵反射譜的影響,進而得到布拉格光柵光纖的傳感機理.3.由于光纖光柵傳感系統(tǒng)信號的解調(diào)方案是整套系統(tǒng)的關鍵,它直接影響整套系統(tǒng)的測量范圍,精度和重復性.我們討論并分析了濾波法、干涉法及時域分析法等一系列解調(diào)方法,在保證系統(tǒng)各項參數(shù)要求的基礎上選擇盡量簡單方便的結(jié)構(gòu).二.實驗研究在實驗階段我們選擇了匹配光柵濾波法對單通道的光纖光柵傳感的信號進行解調(diào).我們自行設計了懸臂梁結(jié)構(gòu)進行應變和位

3、移的模擬調(diào)諧,調(diào)諧范圍400με,用光功率計和光譜儀對解調(diào)后的信號進行監(jiān)測,擬合出的曲線與理論值基本符合.線性擬和度R<'2>=0.9989,系統(tǒng)的靈敏度為1.65nw/με.三.系統(tǒng)研發(fā)1.設計寬帶光源及光功率檢測系統(tǒng).2.傳感系統(tǒng)采用匹配光柵濾波法解調(diào),9通道監(jiān)測系統(tǒng),其中8通道用于應變監(jiān)測,l通道用于光源參考監(jiān)測.3.系統(tǒng)在橡膠材料的大壩模型以及用于橋梁的鋼結(jié)構(gòu)材料上實驗,應變與輸出信號響應和實驗室內(nèi)實驗擬合結(jié)果基本符合.四.方案