雙折射光纖環(huán)鏡傳感器及其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用研究.pdf

1、雙折射光纖環(huán)鏡傳感器具有高消光比、抗外界環(huán)境干擾、制造簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)良特性，在光纖傳感領(lǐng)域的應(yīng)用引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文對雙折射光纖環(huán)鏡傳感器及其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用進行了研究，主要研究工作及創(chuàng)新點如下：
　?。?）靈敏度是雙折射光纖環(huán)鏡傳感器的重要性能之一。本文經(jīng)理論推導(dǎo)得出光纖環(huán)鏡軸向應(yīng)變靈敏度公式，提出：對于相同雙折射光纖環(huán)鏡，通過選擇長波長波峰作為監(jiān)測點提高軸向應(yīng)變靈敏度；對于雙折射率相同的雙折射光纖環(huán)鏡，通過選擇

2、雙折射應(yīng)變系數(shù)較大的雙折射光纖提高軸向應(yīng)變靈敏度；對于雙折射應(yīng)變系數(shù)相同的雙折射光纖環(huán)鏡，選擇雙折射率較小的雙折射光纖提高軸向應(yīng)變靈敏度；雙折射光纖環(huán)鏡軸向應(yīng)變傳感器的靈敏度與雙折射光纖長度無關(guān)、與作為敏感元件粘貼在被測物體上的長度無關(guān)。并通過數(shù)值模擬和實驗方法驗證了以上結(jié)論的正確性。
　?。?）由于雙折射光子晶體光纖是微孔結(jié)構(gòu)光纖，雙折射光子晶體光纖與單模光纖的接續(xù)一直是個難題，基于此，本文開展了雙折射光子晶體光纖與單模光纖在線

3、動態(tài)光譜監(jiān)測熔接技術(shù)研究。由于雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡應(yīng)變靈敏度較之傳統(tǒng)雙折射光纖環(huán)鏡大為降低，通過監(jiān)測雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡波長的變化，來實現(xiàn)軸向應(yīng)變的測量就變得較為困難。本文通過對雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡應(yīng)變光譜分析發(fā)現(xiàn)：監(jiān)測波峰下的絕對積分與應(yīng)變成線性關(guān)系。基于此，本文提出了通過監(jiān)測波峰下的絕對積分的變化，來實現(xiàn)軸向應(yīng)變的測量。波峰下的絕對積分可以作為表征各波長光強的綜合性能指標(biāo)，因此，本文進一步提出通過監(jiān)測雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡光功

4、率的變化，來實現(xiàn)軸向應(yīng)變的測量。
　?。?）研究適用于實際工程的雙折射光纖環(huán)鏡傳感器解調(diào)系統(tǒng)，可以降低應(yīng)用成本，基于此，本文開展了雙折射光纖環(huán)鏡軸向應(yīng)變傳感器解調(diào)技術(shù)研究。首先分析了雙折射光纖環(huán)鏡軸向應(yīng)變傳感器解調(diào)原理，接著進一步開展了光強應(yīng)變靈敏度的理論分析，最后分別研究了以FBG反射窄帶光源和以激光光源作為光纖環(huán)鏡的輸入光源的解調(diào)系統(tǒng)，提出了以激光光源作為光纖環(huán)鏡的輸入光源來提高解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度，以激光光源作為光纖環(huán)鏡的輸入實

5、驗系統(tǒng)的應(yīng)變靈敏度是以FBG反射窄帶光源作為光纖環(huán)鏡的輸入光源實驗系統(tǒng)的的29倍。
　?。?）對結(jié)構(gòu)進行振動監(jiān)測是保證結(jié)構(gòu)安全，消滅隱患的重要措施之一。本文采用機翼形狀的鋁合金板為試驗件，以激光光源作為雙折射光纖環(huán)鏡輸入光源，將雙折射光纖環(huán)鏡傳感器應(yīng)用于高低頻振動測試系統(tǒng)、固有頻率和系統(tǒng)阻尼測試系統(tǒng)，實驗結(jié)果與激光位移傳感器一致，實驗靈敏度高于FBG振動信號監(jiān)測。本文人為制造多種干擾因素，對系統(tǒng)的抗干擾性進行了測試。為了研究不同雙