光纖光柵在健康結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、光纖光柵是近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無(wú)源器件之一,對(duì)特定波長(zhǎng)的光具有反射或者透射作用.其峰值波長(zhǎng)隨著溫度、應(yīng)力等物理量的變化而變化,通過(guò)設(shè)計(jì)敏感結(jié)構(gòu)進(jìn)行非光學(xué)物理量的轉(zhuǎn)換.光纖光柵傳感器具有多項(xiàng)傳統(tǒng)式傳感器所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn),使其在未來(lái)有廣闊的應(yīng)用前景.研究圍繞著光纖光柵傳感系統(tǒng)的研發(fā),論文的主要工作可歸納如下:一.理論分析1.對(duì)光纖光柵的基本理論進(jìn)行了分析,通過(guò)耦合模理論結(jié)合邊界條件推導(dǎo)布拉格公式,進(jìn)而得到布拉格光柵光纖的反射譜特性.2.對(duì)光

2、纖光柵的傳感理論進(jìn)行了分析,通過(guò)應(yīng)變、溫度、壓力對(duì)光纖光柵反射譜的影響,進(jìn)而得到布拉格光柵光纖的傳感機(jī)理.3.由于光纖光柵傳感系統(tǒng)信號(hào)的解調(diào)方案是整套系統(tǒng)的關(guān)鍵,它直接影響整套系統(tǒng)的測(cè)量范圍,精度和重復(fù)性.我們討論并分析了濾波法、干涉法及時(shí)域分析法等一系列解調(diào)方法,在保證系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)要求的基礎(chǔ)上選擇盡量簡(jiǎn)單方便的結(jié)構(gòu).二.實(shí)驗(yàn)研究在實(shí)驗(yàn)階段我們選擇了匹配光柵濾波法對(duì)單通道的光纖光柵傳感的信號(hào)進(jìn)行解調(diào).我們自行設(shè)計(jì)了懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)變和位

3、移的模擬調(diào)諧,調(diào)諧范圍400με,用光功率計(jì)和光譜儀對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè),擬合出的曲線(xiàn)與理論值基本符合.線(xiàn)性擬和度R<'2>=0.9989,系統(tǒng)的靈敏度為1.65nw/με.三.系統(tǒng)研發(fā)1.設(shè)計(jì)寬帶光源及光功率檢測(cè)系統(tǒng).2.傳感系統(tǒng)采用匹配光柵濾波法解調(diào),9通道監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其中8通道用于應(yīng)變監(jiān)測(cè),l通道用于光源參考監(jiān)測(cè).3.系統(tǒng)在橡膠材料的大壩模型以及用于橋梁的鋼結(jié)構(gòu)材料上實(shí)驗(yàn),應(yīng)變與輸出信號(hào)響應(yīng)和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果基本符合.四.方案