对相移同轴电缆Bragg电栅特性的研究.pdf

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1、54传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第6期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)06-0054-04对相移同轴电缆Bragg电栅特性的研究窦立霞，王菊，王文睿，李丽娟，肖洋，于晋龙(天津大学电子信息工程学院，天津300072)摘要：对同轴电缆进行周期性钻孔形成同轴电缆布拉格电栅(CCBEG)，通过三维电磁仿真软件AnsoftHFSS(高频结构仿真器)对CCBEG进行了建模和仿真，仿真结果和实验结果进行对比，频率特性基本一致，仿真结果可以作为电栅特性研究的依据。对于传感应用，

2、提出了相移CCBEG并对周期长度、钻孔尺寸等参数进行了优化，减小了线宽，提高了传感精度。研究为进一步实现基于CCBEG的传感器研究和参数优化提供了理论指导和实验基础。关键词：同轴电缆Bragg电栅；电栅传感；高频结构仿真器；相移电栅中图分类号：TM248．3文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)06-0054-04Researchonphase·shiftedcoaxialcableBraggelectricgridcharacteristicsDOULi-xia，WANGJu，WANGWen—rui，LILi—juan，XIAOYang，YUJin—l

3、ong(SchoolofElectronicandInformationEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：AcoaxialcableBraggelectricgrid(CCBEG)isfabricatedbydrillingholesintothecableatperiodicdistancesalongtheaxialdirection，modelingandsimulationareca~iedoutbyAnsoflhigh~equeneystructuresimulator(Ans

4、oftHFSS)，andsimulationresultsarecomparedwithexperimentalresults，~equencycharacteristicarebasicallyidentical，SOsimulationresultcanbeusedasresearchbasisofelectricgratingfeature．InordertoapplytheCCBEGsensortopractice，phase—shiftedCCBEGparametersofperiodandholesizeareoptimizedtoreducewidthan

5、dimprovesensingprecision．ThestudyprovidesatheoreticalguidanceandexperimentalbasisforresearchofCCBEGsensorandparametersoptimization．Keywords：coaxialcableBraggelectricgrid(CCBEG)；EGsensing；highfrequencystructuresimulator(HFSS)；phase—shiftedelectricgrid0引言出电栅长度变化。因此，可以期待通过CCBEG传感器，针目前，光纤光栅传

6、感器被广泛应用于结构健康监测对大应变测量提出可行方法。(structuralhealthmonitoring)系统中J。然而现有的光纤本论文针对CCBEG做出了理论分析，使用三维电磁仿光栅传感器在实际应用中仍存在许多问题。例如：当一个真软件AnsoflHFSS(高频结构仿真器)对其进行三维建光纤传感器嵌入一个结构中时，信号传输线(光纤)在受到模，仿真分析其传输特性。实验结果与仿真结果进行了一个大应变(10×i0)或剪切力时将对光纤造成严重损对比，对比结果谱频率特性基本一致，表明可以以仿真结果坏。因此，光纤传感器在重型或大应变的测量中的应作为参考。参考相移光纤光栅“，提出

7、了相移CCBEG，用受到了很大的限制。2011年，WeiTao_5提出了同轴电并对周期长度、钻孔尺寸等参数进行了优化，减小了线宽，缆Bragg电栅(coaxialcableBraggelectricgrid，CCBEG)的提高了传感精度。概念，其特性相似于光纤Bragg光栅(fiberBragggrating，1原理FBG)。然而电栅具有更大的尺寸、可以承受更大张力，能CCBEG的原理图如图1所示，在同轴电缆上沿着电缆进行大标距应变测量的特点，弥补了光纤光栅易碎、可测应轴向进行周期性钻孔。其中，厂为每个孔的反射系数，A为变小和可测标距小的