表面粘贴光纤光栅传感器的应变传递分析

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1、计测技术理论与实践·1·表面粘贴光纤光栅传感器的应变传递分析郭伟，李新良，宋昊(中航工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095)摘要:光纤光栅传感器粘贴于航空结构的基体表面后，基体结构的真实应变与光纤光栅传感器测得的应变之间存在一个传递系数。本文根据应用环境，建立了“基体结构—胶粘体—光纤传感器”的应变传递简化模型，推导了裸光纤光栅传感器测得的应变与结构基体实际应变的比值，即应变传递率，并对影响传递率的各种参数进行分析和模拟，根据实际条件得到了粘贴的最佳参数。关键词:光纤光栅传感;表面粘贴;应变传递;应变测量中图分

2、类号:TP212.14文献标识码:A文章编号:1674－5795(2011)04－0001－04AnalysisofStrainTransferofFiberGratingSensorsAdheredtotheStructureSurfaceGUOWei，LIXinliang，SONGHao(ChangchengInstituteofMetrology＆Measurement，Beijing100095，China)Abstract:Whenthefibergratingsensorsareadheredtothesur

3、faceofaerostructure，thereisastraintransfercoefficientbetweenthetruestrainandthestrainthatfibergratingsensorsmeasured．Asimplemodelisfoundedtostudythestraintransferandanalysethestraintransfercoefficienttogaintheratesofstraintransfer．Atlast，basedontheanalysisandsimu

4、lating，thebestparametersarefound．Keywords:fibergratingsensors;adheredonstructuersurface;straintransfer;strainmeasurement0引言很小，可以进行长距离的传输，通过波分复用或时分1978年，加拿大通信研究中心的Hill等人首次复用的方式可以构成分布式光纤光栅传感网络，这是利用驻波法在掺锗光纤中研制出世界上第一个永久性传统机械类、电类分立型传感器无法实现的。可实现反向模式间耦合的光纤光栅，即光纤布拉格光光纤光栅

5、传感技术已经大量应用于桥梁、大坝等［1］［2］栅(FiberBraggGrating，FBG)。1993年，他们又建筑领域结构应变的监测中。光纤光栅传感的特用紫外光垂直照射相位掩模形成的衍射条纹曝光氢载点决定了其在航空航天领域的结构应变监测方面具有［3］光纤写入光纤布拉格光栅的相位掩模法，使光纤光栅很好的应用前景。在国外已经有成功的应用案例，真正走向实用化和产业化。国内在这个方面的研究才刚起步，在飞行器方面的应光纤光栅传感器相比传统电类传感器具有无可比用大都处于实验室研究阶段。对航空结构应变的监测拟的优势，具有更宽广的应

6、用领域。光纤光栅传感是主要是采用表面粘贴的方式，目前，还没有比较成熟利用光波传输信息，不会受到电磁干扰的影响，安全的粘贴工艺，采用不同的粘贴工艺将会影响到传感器可靠。光纤光栅结构简单灵巧，为特殊场合的测量提对基体应变的感应，导致基体结构沿光栅粘贴方向的供了方便，尤其适合埋入复合材料内部形成智能材应变与光纤光栅传感器所反映的应变不一致。因此，料。光纤传感将传感与传输融合为一体，并且可以在有必要研究光纤光栅传感器表面粘贴的应变传递规一根传输光纤上串接多个光纤光栅传感器，如温度、律，分析影响应变传递的各种因素。应变、压力等，组

7、成传感网络;由于光纤传输的损耗1应变传递规律分析对FBG传感器的应变传递规律已有相关学者展收稿日期:2011－05－06［4］开了研究，如大连理工大学的周广东、李东升，基金项目:“十五”计量基础科研项目资助(J052007B002)［5］哈尔滨工业大学的周智等人，这些学者仅对埋入作者简介:郭伟(1981－)，男，助理工程师，硕士，主要研究方向为光纤传感。式光纤光栅传感器的应变传递影响参数进行了分析，·2·理论与实践2011年第31卷第4期对表面粘贴式光纤传光栅感器应变传递的研究还比较变，光纤光栅只承受基体沿其粘贴方向传递

8、的力;光少。纤只包括纤芯和包层，认为它们的材质基本相同，可针对目前的应用情况，本文对表面粘贴式光纤光一同处理;光纤光栅与胶体，胶体与基体的接触良栅传感器的应变传递规律进行理论研究及分析。好，没有相对滑移;粘贴FBG后对基体结构没有影如图1所示，粘贴长度要稍长于光栅的长度，为响。2L。光栅是在光纤上进行激光刻写后形成的