宽带荧光应力传感的特性研究及应用.pdf

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1、2016年仪表技术与传感器2016第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．11宽带荧光应力传感的特性研究及应用张巍巍，李朝，王国耀，史凯兴(南昌航空大学，江西省光电检测技术工程实验室，江西南昌330063)摘要：文中针对应力传感应用。以YAG：Ce荧光粉一硅胶复合材料为敏感材料，研究了其宽带荧光光谱的应力传感特性。在研究的应力范围内，通常用于应力传感监测信号的谱带峰位移动极小，无法被明确地检测到：但发射光谱谱带的重心波长随着压应力的增大而单调地蓝移。实验中测量的压应力范围02．94MPa。谱带重心波长传感应力的分辨率

2、优于0．14MPa，灵敏度为0．15nm／MPa。此灵敏度约是已知的相应荧光粉在静水压环境中压谱系数的4O倍。该新型的应力传感方法可用于工件表层应力及残余应力的非接触测量，在机械工程领域有良好的应用前景。关键词：应力传感；重心波长；荧光中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2016)1卜0023-04CharacteristicsStudyandUseofBroadbandFluorescenceforStressSensingZHANGWei—wei，LIZhao，WANGGuo-yao，SHIKai—xing(Na

3、nchangttmv,kongUniversity，JiangxiF~ineeringLaboratoryforOptoelectronicsTeslngTechnology，Nanchang330063，China)Abstract：Forthestresssensingapplications，theYAG：Cephosphor-siliconecompositeasthesensitivematerial，thestresssensingpropertyofthebroadbandfluorescencespectrumwasstudied

4、．Inthestressrangeofthisstudy，thebandpeakshiftofthestresssensormonitoringsignalwasextremesmallSOthatcannotbeobserved．However，thebaryeenterwavelengthoftheemissionspectrumbandhadablueshiftwithincreaseofcompressivestress．Intheexperiment，therangeofthecompressivestresswasfrom0to2．9

5、4MPa．TheresolutionofstresssensingwithbarycentersignalwassmallerthanO．14MPa．Thesensitivitywas0．15nm／MPa，almost40timeslargerthantheknownpiezo—coeficientofYAG：Cephosphorinhydrostaticpressureenvironment．Thede—velopedstresssensingmethodwithabandbarycentersignalcanbeusedfornon—cont

6、actmeasurementofthestressinamaterialsurfaee，andapplicationsinthefieldofmechanicalengineeringcanbeexpected．Keywords：stresssensing；barycenterwavelength；fluorescence0引言存在线性关系[1]。这源于电子云膨胀效应和晶体场在机械工业行业及消费电子产业中，应力检测的场强的作用，或者可以简单地看作是因为Cr—O键长最常规电测手段是使用应变片：应力的光测方法则以变化影响光谱。利用这种关系，D．R．C

7、larke等

8、2]研光纤光栅(FBG)为主。与这两类常见传感方法相比，究了含cr材料残余应力的荧光压谱测量方法，得到利用材料的荧光特征传感应力的技术具有独特的优R线频移与应力的数值关系。这种技术可以用于监测势。荧光应力传感属于非接触测量，免去了粘贴应变复杂结构表层应力．例如测量飞机涡轮发动机涡轮叶片、人工布线等繁杂操作。荧光应力传感还具有空间片热障涂层的残余应力[4-63。稀土元素丰富的荧光谱分辨率高、重复性好、耐高温、免疫电磁干扰、便于作线给荧光压谱技术提供了更多的敏感材料选项，如果应变场或分布式测量等特点。稀土荧光材料的高压荧光光谱有较大的压

9、谱系数，那荧光应力传感主要利用荧光谱线的频移来检测么也可能将它们用于应力测量。而已知Ce¨[7-1o]、Eu[n荧光材料所处的局部位置的