二维应变场测量光纤光栅传感理论和实验的分析

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1、独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：鳖煎日期：丝堕垒!塑学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和

2、借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后遵守此规定)研究生签名：邋导师签名：秀篮兰兰竖日期：型囊±壁摘要现代机械装备结构复杂，使用环境恶劣，设备在使用过程中复杂机械结构上的应力应变分布变得异常复杂。同时由于机械装备的结构特点和加工方式导致应力集中和残余应力造成复杂机械结构应力分布的非均匀性。因此

3、对其的结构健康监测也必须由过去的一维应力应变测量转换为二维应力应变的测量，同时应变的测量也必须由过去的均匀应力测量转换到现在的非均匀应力的测量。由于传统电类传感器根据其工作原理，只能对测量区域的平均应变进行测量，在一些大梯度的应变场合无法使用。光纤光栅由于其结构特点和传感原理，当感受到外界不均匀应力时，会导致其反射光谱出现啁啾和多峰的现象，采用传统的波长解调方法无法实现测量。论文中采用光纤光栅频域反射的方式对处于非均匀应变场下的光纤光栅进行测量，通过对实际应变场的测量取得了初步结果，论文的主要内容如下

4、：(1)介绍了大梯度应变场测量在机械结构健康监测中的重要性，光纤光栅的传感原理以及发展现状，光频域反射研究现状。(2)对光频域反射原理进行了理论分析，从高的空间分辨率、高的转换增益、可以获取全部信息、良好的滤波特性、利于微弱光信号的探测等五个方面对其技术优势进行了分析。将光频域反射和光纤光栅传感相结合，通过对测试系统进行仿真还原出了光纤光栅上的应变场分布。(3)搭建起了光纤光栅频域反射测试系统，采用LabVIEW编写软件实现激光器的控制，数据采集以及信号分析。采用光频域反射系统对处于非均匀应变场下的光

5、纤光栅进行测量，并将测量结果和理论仿真进行对比，取得了预期的效果。(4)对光纤光栅频域反射测试系统的影响因素和误差进行了分析。对激光的相位噪声对测试系统的影响进行了分析，并通过延时自零差法进行了测量。分析了激光器扫频非线性对测试系统的影响，并提出了参考光路法和拟合法对测试系统进行修正。关键词：光频域反射，光纤光栅，二维应变场，LabVIEWAbstractThecomplexs仃uctIlreofmodernmachineryandequipment,pooruseoftheenvironmentan

6、dequipmentinthecourseofcomplexmechanicals锄c眦onthestressandstraindistributionbecomesextremelycomplicated．Atthesametimeduetothestructuralcharacteristicsofthemechanicalequipmentandprocessingmethods1eadtostressconcentrationandresidualstressescausedbythenon-

7、uniformityofthedistributionofthecomplexmechanicalstnlcturestress．Thereforeitss觚tI】raIhealthmonitoringmustbemadebytheone-dimensionalstressstrainmeasurementisconvertedintoatwo．dimensionalstress-strainmeasurementsandstra．inmeasurementmustbyuniforillstressm

8、easurementconversiontothenon-uniformstressmeasurement．Theaveragestrainregionduetothetraditionalelectricclasssensoraccordingtoitsworkingprinciple，onlybemeasured，Cannotbeusedinsomelargegradientstrainoccasions．Fibergratingduetotheir