光纖光柵應力疲勞失效特征研究.pdf

1、光纖光柵具有許多優(yōu)良特性,廣泛應用于土木工程、航空航天、石油化工和其他應力應變監(jiān)測場合。但是,在實際工程應用中,光纖光柵長期處于變荷載環(huán)境中,應力疲勞作用會使得光纖光柵的傳感性能逐漸蛻化,甚至完全失效。而疲勞失效的光纖光柵產(chǎn)生的錯誤信號可能會引導系統(tǒng)的執(zhí)行機構做出錯誤的動作,進而帶來嚴重的后果。因此,通過某些特征甄別已疲勞失效或將要疲勞失效的光纖光柵具有重要意義。
　　本文在介紹光纖光柵應變傳感原理的基礎上,詳細分析了光纖光柵應變

2、傳感器的組成及力學傳遞過程,隨后分析了光纖光柵應變傳感網(wǎng)絡的組成,并指出光纖光柵是最容易出現(xiàn)疲勞蛻化的部分。
　　介紹了現(xiàn)有的四種光纖光柵峰值檢測算法,結合這四種算法詳細分析了光譜質(zhì)量對其傳感的影響。將光譜畸變的類型分為三種,并詳細分析了這三種畸變類型對中心波長檢測結果的影響,并提出評價這三種畸變類型的指標。分析結果表明,邊模抑制比、主瓣峰谷比和3dBm帶寬這三個指標可以作為光纖光柵疲勞失效特征。
　　建立了基于裂紋擴展的光

3、纖光柵應力疲勞失效機理,詳細分析了光纖光柵內(nèi)應力的來源,應力疲勞與裂紋之間的相互作用,據(jù)此,將光纖光柵應力疲勞過程分為三個階段:微裂紋形成階段、微裂紋擴展階段和光纖光柵斷裂階段。并利用傳輸矩陣法得到了裂紋作用下的光纖光柵反射光譜,通過實例仿真分析發(fā)現(xiàn),應力疲勞導致光纖光柵反射光譜蛻化,且畸變的形式與實際的光譜畸變類型一致。從理論上證明邊模抑制比、主瓣峰谷比和3dBm帶寬這三個指標可以作為光纖光柵疲勞失效特征。
　　設計了光纖光柵加

4、速應力疲勞實驗裝置,并進行了一系列的疲勞實驗。結合前述理論分析與實驗結果,發(fā)現(xiàn)邊模抑制比和3dBm帶寬可以作為光纖光柵疲勞失效特征,并提出了疲勞失效判據(jù):若邊模抑制比小于5dBm且?guī)挻笥诘扔?.3nm,則光纖光柵極有可能完全失效;若邊模抑制比大于等于5dBm,小于等于10dBm,且?guī)捵兓臍v史數(shù)據(jù)不斷增加,則該光纖光柵極有可能測得的數(shù)據(jù)不可靠;若邊模抑制比大于10dBm,且?guī)捇颈３植蛔?則光纖光柵極有可能還能正常傳感。提出的疲勞