基片式光纤光栅应变传感器的应变传递研究

《基片式光纤光栅应变传感器的应变传递研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、基片式光纤光栅应变传感器的应变传递研究关键词：光纤光学；基片式光纤光栅器；应变传递；传感器的封装；黏贴长度OCIS：060.2370；060.3735；060.3738中图分类号：TN253文献标识码：ResearchonStrainTransferofSurfaceFBGSensorZHANGGui-hua，CHAIJing，LIXu-juan，MIXu-feng,LIYi,HAOLei（SchoolofEnergyEngineering，Xi’anUniversityofScienceandTechnology，Xi’an,Shaanxi710054，C

2、hina）Abstract:Tomonitoraccuratelystrainofsurfaceofhostmaterials,takingthesurfaceFBGsensorasexample,therelationshipbetweenthestrainmeasuredbythesurfaceFBGsensorandtheactualstrainofthehostmaterialisdeduced.ThegeneralexpressionofstraintransfercoefficientofthesurfaceFBGsensorisgot.Inex

3、periment,thecopperslicepackagedFBGsensorbyauthorsadherestothecylindricalsamplesurfaceanditsstraintransfercoefficientisgot.Theexperimentresultisprovedthattheerrorofthestraintransfercoefficientbetweenintheoryandinexperimentissmallandthetheoreticalderivationofthestraintransfercoeffici

4、entisrational.TheresearchresultsprovidethetheoryguidancefortheFBGsensorpackageandapplication.Keywords:fiberoptics；surfaceFBGsensor;straintransfer;sensorpackage；adherencelengthOCIS：060.2370；060.3735；060.37381引言光纤光栅是这几年迅速发展起来的一种新型的传感器，由于其具有灵敏度高、重量轻、体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、便于复用组网而在结构的健康监测[1-2]、

5、地下工程[3]、航天工程[4]、石油井下的勘测[5]等领域中有着广泛的应用前景。光纤光栅易脆断，在实际的监测中经常需要进行封装，封装的方法有基片式封装、管式封装和嵌入式封装。但是无论何种封装方式，光纤与基体之间都存在多层介质，使得光纤光栅所测得应变与基体的应变不同，即存在应变传递的问题。*基金项目：国家自然科学基金(51174280)；国家自然科学基金科学仪器专项项目(41027002);高等学校博士学科点专项基金(20126121110003)；西安市碑林区2013年科技计划项目（GX1312）对于这个问题国内外已有许多学者做了研究，如Ansari[6]假

6、定埋入式光纤传感器黏贴中心的应变与基体应变相同而得出光纤的轴向应变；李东升[7]修正了光纤传感器黏贴中心的应变与基体应变相同的假设，认为光纤传感器黏贴中心的应变变化率与基体应变变化率相同，导出了埋入式传感器各点的应变；周智[8]导出了有保护层的光纤光栅应变传感问题，即埋入式光纤光栅传感器多层应变传递的应变表达式。吴永红[9]等,通过构造静定应变传递特征方程,得到光纤光栅封装结构统一的应变传递关系,建立了光纤光栅标准化埋入式封装设计的基本理论模型。梁德志[10]等人通过有限元分析了埋入式光纤光栅传感器所测应变与实际应变并不相同。但大多数研究都是针对埋入式的光纤

7、光栅传感器的应变传递研究，对于表面黏贴的光纤光栅的应变传递研究较少，魏世明[11]分析裸光纤光栅贴在岩石表面的应变传递系数是2.3。本文研究基片式封装的光纤光栅传感器的应变传递问题，推导应变传递的一般表达式，并针对封装的铜基片式光纤光栅传感器黏贴在试件的表面，测定了其应变传递系数，证实了理论分析。2基片式传感器的应变传递的理论模型2.1封装的基本结构及其分析模型基片式光纤光栅传感器的基本结构如图1所示，其应变传递如图2所示。图2中σn、σg、σc、σj表示黏结层1、光纤层、衬底层和黏结层2的轴向应力，τn、τg、τc、τj表示黏结层1、光纤层、衬底层和黏结层

8、2的剪切应力，ngun、ug、uc、uj表示黏结层1