FBG自致啁啾傳感器的設(shè)計與基本性能研究.pdf

1、光纖光柵被廣泛應(yīng)用于航空結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，航空結(jié)構(gòu)件的復(fù)雜化對布拉格光纖光柵傳感器提出了更高的要求。啁啾光纖光柵因其軸向上的光學(xué)常數(shù)是不同的，能夠形成很寬的有效帶寬，不同的柵格周期和反射率能夠反射出各異的光波長，反射光譜的波長能夠與光柵傳感器粘貼的位置一一對應(yīng)，通過提取光譜中的有效光信息能夠滿足復(fù)雜場監(jiān)測的要求。
　　本文主要的研究工作包括：
　?。?）在光纖光柵理論方面，從微觀角度解釋了光纖光柵啁啾化的產(chǎn)生機理，結(jié)合傳輸矩

2、陣法和龍格-庫塔法對啁啾化的光纖光柵反射光譜和色散曲線進行了理論仿真重構(gòu)。
　?。?）啁啾光纖光柵制作實驗方面，以布拉格光纖光柵在非均勻應(yīng)變下產(chǎn)生啁啾效應(yīng)為理論指導(dǎo)，使用了三種不同的基底材料在光纖光柵中建立應(yīng)變梯度，制作了不同的啁啾光纖光柵。采用壓桿調(diào)諧的方法，將FBG分別粘貼在中點處和1/4位置處，結(jié)果表明粘貼在1/4位置處能制作出帶寬為3nm和穩(wěn)定負(fù)色散補償?shù)倪惫饫w光柵，并且對壓桿調(diào)諧過程中基底材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)變場進行推導(dǎo)和

3、分析，提取了不同位置處的應(yīng)變梯度，分析了應(yīng)變梯度對光纖光柵的周期和有效折射率的影響，結(jié)果表明，粘貼在不同位置處得到的啁啾光柵系數(shù)不相同，對啁啾光纖光柵的反射光譜進行了理論重構(gòu)，重構(gòu)的結(jié)果與理論趨勢相吻合，間接的證明了重構(gòu)算法的可行性；設(shè)計了一個以正弦形基底材料為基礎(chǔ)的拉伸實驗，將拉伸過程中產(chǎn)生的梯度應(yīng)變引入布拉格光纖光柵，制作出啁啾取樣光柵，利用ABAQUS有限元軟件對拉伸結(jié)構(gòu)的應(yīng)變進行了仿真，提取了各節(jié)點處的應(yīng)變，對啁啾取樣光纖光柵進

4、行了光譜重構(gòu)，重構(gòu)結(jié)果和實驗結(jié)果的趨勢相同；利用SMA的形狀記憶效應(yīng)輔助光纖光柵成型，設(shè)計了一個反射光譜波長與空間位置一一對應(yīng)的微小型的彎曲啁啾光纖光柵，并對其成柵機理進行了定性的分析。
　　（3）設(shè)計的帶寬可調(diào)型光纖光柵傳感器可實現(xiàn)應(yīng)變和溫度雙參量同時區(qū)分測量，并建立了雙參量靈敏度矩陣，可通過測量啁啾光纖光柵的帶寬變化實現(xiàn)溫度不敏感的傳感測量。實驗結(jié)果表明移動位移在2.5mm~10mm范圍內(nèi)變化時，啁啾光纖光柵的反射帶寬在1nm