应力传感光缆的应力传递特性

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1、万方数据第19卷第12期2011年12月光学精密工程OpticsandPrecisionEngineeringV01．19No．12Dec．2011文章编号1004—924X(2011)12—2891-09应力传感光缆的应力传递特性张旭苹’，高岑，王峰，李存磊(南京大学光通信工程研究中心，江苏南京210093)摘要：光纤应力传感系统通常采用传感光缆代替裸光纤作敏感元件，因此研究传感光缆应力传递性能很有必要。本文从弹性力学的角度。利用拉梅公式和广义胡克定律相结合的方法，为紧缚型传感光缆和加强型传感光缆建立了应力传递理论模型，推导出光缆的

2、应变与它受到的应力之间的关系。分别对紧缚型和加强型传感光缆的样品进行了应力实验，利用布里渊光学时域反射仪(BOTDR)测量了光缆的应变。结果显示，理论计算和实验测量的趋势一致，线性度均超过了97％，斜率之间的差别小于8％，从而证明了理论模型的有效性。该模型可为光纤应力传感系统判定被测对象受力状况提供直接依据。关键词：光纤传感器；光缆应力传递模型；弹性力学中图分类号：TN253文献标识码：Adoi：10．3788／OPE．20111912．2891Stresstransferperformanceofstrainsensingcable

3、ZHANGXu—ping’，GAOCen，WANGFeng，LICun-lei(InstituteofOpticalCommunicationEngineering，Na巧ingUniversity，Nanjing210093，China)*Correspondingauthor，E-mail：xpzhang@njU．edu．cnAbstract：Inafiberstrainsensingsystem，strainsensingcableisusuallyusedasasensingelementin—steadofbarefiber

4、．Therefore，itisnecessarytoexplorethehighstresstransferperformanceofastrainsensingcable．CombiningLameformulaandgeneralizedHooke'slaw，thispaperestablishesthe—oreticalmodelsforatight-jacketedsensingcableandareinforcedsensingcablebasedonelasticityme—chanicsanddeducestherela

5、tionshipbetweenthestrainofthecableanditsstress．ThenitdoesthesimulationandexperimentonsamplesofthesetwotypicaltypesofsensingcablesbyusingBrillouirOpticalTime-domainReflectometer(BOTDR)todetectthestrainofthecables．Theresultsoftheo-reticalcalculationandtheexperimentalmeasu

6、rementshowthatthelinearratesofalltheresultsaremorethan97％，andthedifferencesoftheslopebetweenthetheoreticalcalculationandtheexperimen—talmeasurementarelessthan8％，whichprovesthemodelstobeeffective．Themodelscanprovideabasisforstresssensingsystemsindeterminingthestresssitua

7、tionforanobjective．Keywords：opticalfibersensor；stresstransfermodelofsensingcable；elasticitymechanics收稿日期：2011-04-19：修订日期：2011一05-26．基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．61027017，60644001)；国家973重点基础研究发展计划资助项目(No．2010CB327803)万方数据2892光学精密工程第19卷引言与传统的传感方法相比，光纤传感有诸多优点，如传感距离长、传感灵敏度高、速度快、定位精

8、度高、可实现分布式传感、抗电磁干扰等‘川，因此得到了越来越多的关注，其应用领域也越来越广泛‘2一引。在光纤应力传感系统中，为保护光纤，增加其强度，通常使用传感光缆作为敏感元件，而不使用裸光纤。但是，由于力在从光缆外护套到