基于布里淵動態(tài)光柵的高精度分布式橫向壓力傳感器研究.pdf

1、在工業(yè)生產和土木施工過程中，力學傳感器發(fā)揮著巨大的作用，力學傳感技術的研究一直作為基礎研究中的重中之重。在服役期內，由于外界環(huán)境和自身重力等因素的影響，大型建筑往往受到縱向壓力和橫向壓力的共同作用，局部受力不均勻是造成隱患的主要原因之一。研究一種可靠、高效的光纖橫向壓力傳感器具有很重要的研究價值和實用意義。布里淵動態(tài)光柵技術（BDG）具有分布式測量、高精度測量和高空間分辨率測量的優(yōu)勢，可以有效測量由于外界物理參量變化而引起的光纖雙折射的

2、變化，從而有效地進行橫向壓力測量。
　　本文提出采用布里淵動態(tài)光柵技術測量橫向壓力。在10.3 m長橢圓纖芯保偏光纖（ECORE-PMF）的兩個主軸內產生和讀取布里淵動態(tài)光柵，成功的進行了橫向壓力分布式測量，空間分辨率為20cm，測量精度高達1.3x10-3N/mm。首先，實驗探究了ECORE光纖的雙折射溫度特性和雙折射應變特性。驗證了這種光纖的溫度不敏感特性，得到了這種光纖的雙折射頻移隨溫度變化、應變變化的線性關系系數，分別為C

3、<'T,Bire>=-6.53 MHz/℃和C<'E,Bire>=-0.0606 MHz/με。相比于應力導引型保偏光纖（例如熊貓（PANDA）型和領結（BOWTIE）型保偏光纖），這種結構型保偏光纖具有更低的溫度和應變靈敏度，且隨著應變增加雙折射減少。其次，在我們自行設計的壓力施加平臺上進行了橫向壓力施加傳感實驗。討論了光纖外涂敷層對光纖自身雙折射和光纖橫向壓力靈敏性的影響。光纖外涂敷層對光纖具有緊縮拉力，會改變光纖自身的雙折射。聚合

4、物材料的涂覆層相當于壓力緩沖層，會降低橫向壓力傳導到石英光纖的速度，降低光纖靈敏性。最后，采用裸光纖進行壓力測量實驗，研究了光纖橫向壓力靈敏度與壓力施加方向之間的關系，驗證了這種基于BDG橫向壓力傳感技術所具有的分布式測量和可操控性測量的能力，獲得了光纖不同雙折射變化方向上橫向壓力線性關系，線性擬合結果分別為-6.217 GHz/Nmm-1和6.28 GHz/Nmm-1，計算出橫向壓力測量精度高達1.3×10-3 N/mm。這一結果比已