一种光纤光栅智能夹层的实验研究.pdf

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1、62传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第3l卷第5期一种光纤光栅智能夹层的实验研究付静，权王民，程犁清(西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室教育部空间应用物理与化学重点实验室。陕西西安710129)摘要：根据智能结构中光纤自诊断系统标准化、集成化、模块化的要求，基于双重光纤Bragg光栅(FBG)传感器，研制了一种光纤智能夹层系统，实验表明：它可以对结构同一位置的应变和温度响应进行同时区分监测。利用智能夹层中FBG传感器网络和先进的信息处理技术，可以建立结构损伤主动

2、、在线和实时监测系统。关键词：智能结构；光纤Bragg光栅传感器；智能夹层；标定实验中图分类号：TP212．6文献标识码：A文章编号：1000--9787(2012)05-0062-03ExperimentalstudyonakindoffibergratingsmartlayerFUJing，QUANWang—min，CHENGLi-qing(ShaanxiKeyLaboratoryofOpticalInformationTechnology，KeyLaboratoryofSpaceAppliedPhysicsandChemistry，

3、MinistryofEducation，SchoolofScience，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710129，China)Abstract：Accordingtothedemandsofstandardization，integrationandmodularizationofopticalfiberself-diagnosingsysteminsmartstructures，basedondoublefiberBragggratingsensor，asmartlayersyste

4、mwithfiber-opticsensorisdeveloped．Theexperimentalresultsshowthatitcansimultaneouslydistinguishandmonitorstrainandtemperatureresponseinthesamepositionofthestructure．ByFBGsensorsnetworksinthesmartlayerandadvancedinformationtechnology，theactive，onlineandrealtimemonitoringsys

5、temcanbeestablished．Keywords：smartstructures；fiberBragggrating(FBG)sensor；smartlayer；calibrationtest0引言制作标准化、模块化和集成化的光纤智能夹层。在复合材料中埋入驱动元件和传感元件，构成一种能1理论基础感知自身状态变化并能发出自诊断信号，从而进行自适应、光纤Bragg光栅(fiberBragggrating，FBG)传感器是在自修复的拟生命系统一智能结构。目前，智能结构在航空光纤的一小段范围内沿轴向使纤芯折射率发生周期性变化航天、舰船武器

6、和机械结构、土木工程等军民用结构中得到而引起的芯内体光栅，具有波长编码特性，即一宽带光经过了广泛应用。光纤具有径细柔软、耐腐蚀、抗电磁干扰、工FBG时，满足中心波长A(Bragg条件)的光波被反射回来，作中不发热及易与复合材料结构相容等独特优点，故光纤见图1。传感器一直是智能结构自诊断系统的首选对象和发展方向。但在国内外的大量研究和应用中，都是直接将光纤传感器排布在复合材料结构中，构成智能结构的光学神经，用于监测结构的应变、温度及损伤等。这种方法存在难以解决的诸多问题J：1)当光纤嵌入复合材料内时容易破裂，光纤接口部分缺乏必要的保护，影响

7、结构外形且难以加工；2)传感器阵列嵌入复合材料内之前，缺乏一个标定环图1FBG工作原理图Fig1WorkingprinciplediagramofFBG节一如何确保传感器性能的一致性；3)嵌入光纤传感器网由耦合模理论可知络后，复合材料结构性能受到较大影响；4)复杂的嵌入工AB=2nⅡA，(1)艺不易广泛地使用。解决上述问题途径之一是设计和收稿日期：2011一l1_o2第5期付静，等：一种光纤光栅智能夹层的实验研究63式中，z为导模的有效折射率，以为光栅周期。当应变变化△和温度变化△同时作用时，FBG中心波长的改变是两者的线性叠加，温度和应

8、变变化独立或只有微弱扰动，则可得AA_2(以等0A)△2+2(以-[-r~ef)△图2双重FIlG封装实验系统图Fig2ExperimentalsystemdiagramofdoubleFBG