保偏光纖布拉格光柵傳感技術(shù)研究.pdf

1、作為一種新型的傳感技術(shù),光纖布拉格光柵有著普通傳感器無法比擬的優(yōu)點,在建筑、橋梁以及航空航天等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)階段投入使用的光纖布拉格光柵傳感器主要利用的是其軸向應(yīng)力、應(yīng)變特性。標(biāo)準(zhǔn)光纖布拉格光柵只對溫度和軸向應(yīng)變敏感,而對在實際應(yīng)用中同樣十分重要的徑向應(yīng)變卻不敏感,這在很大程度上限制了它的應(yīng)用。本論文研究了一種保偏光纖布拉格光柵稱重傳感器,可以同時測量溫度和橫向負(fù)載。 理論分析表明保偏光纖布拉格光柵的兩個諧振波長對

2、溫度和橫向負(fù)載的靈敏度不同,可以用保偏光纖布拉格光柵作為敏感元件來實現(xiàn)兩者的同時測量。本文用ANSYS軟件仿真分析了保偏光纖的原始雙折射,研究了影響原始雙折射的一些結(jié)構(gòu)因素。這些分析結(jié)果可以為保偏光纖的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考。 分別搭建了保偏光纖布拉格光柵的溫度、軸向應(yīng)變和橫向負(fù)載傳感實驗系統(tǒng)并進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明保偏光纖布拉格光柵的兩個諧振波長對溫度和軸向應(yīng)變都敏感,即存在交叉敏感問題。兩諧振波長的波長差對溫度只有很低的靈敏

3、度,對軸向應(yīng)變很不敏感,而對橫向負(fù)載的靈敏度具有很強的方向相關(guān)性。 最后,分析了兩種接觸材料對保偏光纖布拉格光柵橫向負(fù)載傳感性能的影響。選擇了明膠作為保偏光纖布拉格光柵稱重傳感器的接觸材料,完成了傳感頭結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計。該傳感頭利用保偏光纖布拉格光柵的一個諧振波長和諧振波長差可以實現(xiàn)溫度和橫向負(fù)載的同時測量。其對橫向負(fù)載的測量范圍為0～300kg,最高精度為0.3kg,對溫度的測量范圍為25℃～80℃,測量精度為1℃。它具有重量輕