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(diǎn),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(duì)溫度和軸向應(yīng)變敏感,而對(duì)在實(shí)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(shí)測(cè)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(gè)諧振波長對(duì)

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(shí)現(xiàn)兩者的同時(shí)測(cè)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明保偏光纖布拉格光柵的兩個(gè)諧振波長對(duì)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(duì)溫度只有很低的靈敏

3、度,對(duì)軸向應(yīng)變很不敏感,而對(duì)橫向負(fù)載的靈敏度具有很強(qiáng)的方向相關(guān)性。 最后,分析了兩種接觸材料對(duì)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(jì)。該傳感頭利用保偏光纖布拉格光柵的一個(gè)諧振波長和諧振波長差可以實(shí)現(xiàn)溫度和橫向負(fù)載的同時(shí)測(cè)量。其對(duì)橫向負(fù)載的測(cè)量范圍為0～300kg,最高精度為0.3kg,對(duì)溫度的測(cè)量范圍為25℃～80℃,測(cè)量精度為1℃。它具有重量輕