一种钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器

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1、万方数据第25卷第3期2010年6月光电技术应用ELECni0一OPTICTECHNO弧YAPPLICATIONVd．25．No．3June．2010·光电器件与材料·一种钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器张权1，丁克勤2，李德桥1(1．中北大学信息与通信工程学院，山西太原030051；2中国特种设备检测研究院，北京100013)摘要：为了提高光纤光栅应变传感器的应变响应灵敏度，提出了一种基于钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器．根据材料弹性模量的相关理论，该封装采用钛合金(TC4)作为封装材料；根据力学传递原理，该封装采用类似杠铃状的结构设计

2、．这种封装能够使应变有效地传递到传感器内的光纤光栅上，从而很好地测量应变．通过实验得到其应变响应灵敏度、反射波长与应变的相关系数．实验证明，采用这种封装设计的传感器能够获得较高的应变灵敏度，其反射波长和应变具有很好的相关性．关键词：光纤光栅应变传感器；应变响应灵敏度；相关系数中图分类号：TP212．14文献标识码：A文章编号：1673—1255(2010}03一0033—02OneFiberGratingStrainSensorPackedwithTitaniumAlloySubstrateZHANGOuanl，DINGKe．qin2，LID

3、e-qia01(1．NorthUniversityofChina，Commun配ationandInformationSystem，Taiyuan030051，China；2．ChinaSpecialEquipmentInspectionandResearchInstitute，Beijing100013，China)Abstract：Forimprovingthestrainresponsesensitivity，thisarticleproposesonefibergratingstrainsensorbasedontitaniumall

4、oysubstrate．Thepackageusestitanium(TC4)aspackagingmaterialaccordingtothetheo—ryofelasticmodulusandusesbarbell—likestructureaccordingtothetransferprincipleofmechanics．Itobtainsthestrainresponsesensitivityandthecorrelationcoefficientofreflectionwavelengthandstrain．Experimenta

5、lresultsshowthatthesensorwhichadoptsthispackagedesigncanobtainhigherstrainresponsesensitivityandbettercorrelationcoefficientofreflectionwavelengthandstrainKeywords：fibergratingstrainsensor；strainresponsesensitivity；correlationcoefficient光纤光栅传感器以抗电磁干扰、耐腐蚀、轻巧、灵敏度高、便于复用和组网等方面独

6、特的优点，在各领域得到了广泛的应用⋯．瞰；(fiberbragggrat—ing光纤布拉格光栅)是对应变敏感的器件，可直接来测量应变，从而间接测量应力．对于裸光纤布喇格光栅来说，单位轴向应力所产生的应变是确定的，所引起的中心波长偏移是一定的，即应变响应灵敏度是一个常量．要想测量小的应变，信号解调精度必须非常高，若不采用提高灵敏度的措施，实现起来就非常困难【1_5]．从封装材料以及封装工艺上着手改善光纤光栅应变传感性能具有重要的意义．文中提出一种基于钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器，通过实验研究其应变传感性能，能够获得较好的应变响应灵敏度，其

7、反射光波长和应变具有很好的相关性．1光纤布喇格光栅应变响应原理当宽带光在FBG中传输时产生模式耦合，满足Bragg条件的反射光波长为‘6—73：b=2neifA(1)收稿日期：2010—05—26基金项目：中国特种设备检测研究院基金资助项目作者简介：张权(1984一)，男，安徽阜阳人，硕士，主要研究方向为健康监测系统中的光纤光栅应变传感器万方数据光电技术应用第25卷式中，，z。，r为导模的有效折射率；A为光栅周期．当光纤布喇格光栅受到外力作用时，由于弹光效应及光栅周期引起光纤布喇格光栅反射波中心波长A8的偏移为△b=2A‰私+2，z。∥△(2

8、)在轴向应力作用下，布喇格光栅反射波中心波长相对偏移量与轴向应变之间的关系为1z．-X—AB=KE￡=(卜A)e(3)nB式中，以为光纤的有效弹光系数；e为光纤光栅