光纤光栅应变传递机理与试验研究

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1、硕士研究生学位论文摘要I摘要随着光纤光栅传感技术的迅速发展，光纤光栅传感器以其灵敏度高、抗电磁干扰等优良特性广泛应用于结构构件应变监测中，光纤光栅应变传递方程是传感器实际应用的理论基础，其反映了光纤光栅材料跟基体材料之间的力学耦合机制，是传感器封装设计、灵敏度系数标定和优化设计的理论依据。本研究以两点粘贴式光纤光栅应变传递分析为主要研究对象。首先，进行了两点粘贴式光纤光栅应变传递理论研究；其次，在其理论基础上进行大量程光纤光栅应变传递分析和传感器优化设计等研究工作。主要包括：（1）设计两点封装粘贴式光纤光栅应变传感器，基于剪滞理论，通过对光纤和胶层微元体受力分析，推导出考虑标距影响的光纤光

2、栅应变传递率公式和平均应变传递率公式，得出了两点粘贴式光纤光栅应变传递率为其粘贴范围的平均应变传递率的结论；（2）进行应用两点粘贴技术的大量程光纤光栅应变传递分析，推导大量程光纤光栅应变传递方程。分析不同标距比、胶层厚度等各个参量对应变传递率的影响；（3）在两点粘贴式光纤光栅应变传递理论的基础上，对传感器开展优化设计，给定两点粘贴式光纤光栅平均应变传递率大于90%保证率的胶层最佳粘贴长度，并提出基于均方差决策方法的胶层最佳剪切模量评价方法；（4）进行封装光纤光栅和裸光纤光栅标定试验，并进行两点封装粘贴式光纤光栅应变传递率理论与试验值对比分析。最后，在本文提出的两点粘贴式光纤光栅应变传感器的

3、基础上，设计夹持式光纤光栅应变传感器，并应用夹持式光纤光栅应变传感器完成了沈阳盛京文化艺术中心动测监测工作。本研究创新性地进行了两点粘贴式光纤光栅应变传递理论分析，丰富了光纤光栅应变传递理论，为光纤光栅灵敏度系数标定，光纤光栅传感器优化设计，光纤光栅的新型试验标定方法提供理论基础。关键词：光纤光栅；应变传递率；剪滞理论；剪切模量；均方差决策法IIAbstract硕士研究生学位论文AbstractWiththedevelopmentofFiberBragggrating(FBG)sensingtechnology,FBGsensoriswidelyusedinthestructuralstr

4、ainmonitoringduetoitshighsensitivityandanti-electromagneticinterference.FBGstraintransferequationisthetheoreticalbasisforthepracticalapplicationofthesensor,includingsensorpackagedesign,sensitivitycoefficientcalibrationandoptimizationdesign,reflectingthemechanicalcouplingmechanismbetweenthefibergra

5、tingmaterialandthematrixmaterial.Inthispaper,themainresearchisthestraintransferanalysisoftwo-pointstickingFBGsensor.Firstly,theauthorderivesstraintransferoftwo-pointstickingFBGsensor.Secondly,Onthebasisofformula,theauthoranalyseswiderangeFBGstraintransfertheoryandsensoroptimizationdesign.etc,inclu

6、ding：(1)Bydesigningtwo-pointstickingFBGsensor,Onthebasisofshear-lagtheoryandthestressanalysisoffiberandadhesivemicro,thetwo-pointstickingFBGsensorstraintransferrateandaveragestraintransferrateformulaarederived.Itconcludesthattwo-pointstickingFBGstraintransferrateisequaltothefiberaveragestraintrans

7、ferrate.(2)WiderangeFBGstraintransferrateformulaisderived.Theauthorplotthedistributioncurveofthestraintransferrateoftwo-pointstickingFBGstrainsensor,drawingcurvesofdifferentgaugedistanceandlayerthickness,havingan