基于嵌入式光纖光柵的脈沖強(qiáng)磁體應(yīng)變測(cè)量研究.pdf

1、隨著脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展，科研人員把不斷地提高脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)度作為研究目標(biāo)。勵(lì)磁過(guò)程中產(chǎn)生的巨大磁應(yīng)力是限制脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度提高的主要障礙之一。因此，解決磁應(yīng)力的測(cè)量有助于研究磁體內(nèi)部機(jī)理，促進(jìn)脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。但由于脈沖強(qiáng)磁體工作在液氮(77K)、強(qiáng)電磁場(chǎng)的環(huán)境下，其內(nèi)部空間狹小，一般傳統(tǒng)的電類傳感器無(wú)法嵌入到磁體線圈內(nèi)部，而且電類傳感器導(dǎo)線連接復(fù)雜、易受電磁干擾。在脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)的研究中，研究人員迫切需要找到一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量磁體

2、內(nèi)部應(yīng)變的測(cè)量工具。光纖光柵(FBG)傳感器具有體積小、靈敏度高、絕緣、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易于嵌入到材料內(nèi)部等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因此，光纖光柵傳感器符合脈沖強(qiáng)磁體內(nèi)部應(yīng)變測(cè)量這一應(yīng)用要求。
　　 目前，國(guó)內(nèi)外利用光纖光柵測(cè)量脈沖強(qiáng)磁體內(nèi)部應(yīng)變的研究基本還屬空白，針對(duì)這一研究現(xiàn)狀，本文以光纖光柵低溫應(yīng)變傳感器作為研究對(duì)象。首先進(jìn)行了光纖光柵的低溫傳感特性研究和液氮溫度下的應(yīng)變測(cè)量研究；然后通過(guò)模擬繞線實(shí)驗(yàn)、兩個(gè)低強(qiáng)度小磁體模型以及一個(gè)6

3、0特斯拉脈沖強(qiáng)磁體的繞制實(shí)驗(yàn)研究光纖光柵嵌入脈沖強(qiáng)磁體內(nèi)部的技術(shù)與工藝；最后對(duì)60特斯拉的脈沖強(qiáng)磁體進(jìn)行常溫和液氮溫度下強(qiáng)磁體內(nèi)部的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量。本文主要內(nèi)容安排如下：
　　 (1)介紹光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，以及光纖光柵傳感器低溫應(yīng)變測(cè)量理論及應(yīng)用的研究現(xiàn)狀。
　　 (2)介紹光纖光柵傳感基本原理。
　　 (3)研究液氮溫度下光纖光柵的溫度傳感特性和應(yīng)變傳感特性，并進(jìn)行了液氮溫度下用光纖光柵測(cè)量應(yīng)變的

4、初步研究，分析討論光纖光柵傳感器在低溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)應(yīng)變分布測(cè)量的可行性。
　　 (4)通過(guò)繞線實(shí)驗(yàn)和脈沖強(qiáng)磁體的制作研究光纖光柵嵌入脈沖強(qiáng)磁體的技術(shù)與工藝。
　　 (5)分別在常溫和液氮環(huán)境下，測(cè)量勵(lì)磁過(guò)程中脈沖強(qiáng)磁體磁體內(nèi)部的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在液氮環(huán)境下，采用特殊工藝封裝和處理的光纖光柵應(yīng)變片有較好的適應(yīng)性，實(shí)驗(yàn)測(cè)得液氮溫度下的彈光系數(shù)為0.086。實(shí)現(xiàn)了縮比燃料儲(chǔ)箱應(yīng)變的分布式測(cè)量。通過(guò)20個(gè)光