您的位置:网站首页 > 技术应用 > 正文

FBG型光纤传感器温度与应变的关联分析研究

作者:admin来源:本网 日期:2017-11-15 15:57:19 人气: 标签:

  近年来,对短周期的光纤布喇格光栅(FBG)的研究取得了很大进步,特别是在传感器研制方面,己经提出并实现了多种基于应变和温度的传感技术然而,在光纤光栅传感器实际应用时,由于光纤光栅对环境应力和温度的敏感性,给一些需要单独检测应力或温度变化的场合造成了困难为此,人们提出了多种解决方法*6采用这些方法有一个基本前提:即事先假定温度与应变对光纤光栅中心波长的影响是独立的,即温度与应变具有非关联性事实上,光纤光栅在不同应力的作用下,其热光系数各有差异;同理,受不同温度的影响,其光弹系数亦不相同。因此,研究温度与应变的关联性质,从理论上明确阐述并给予定量分析,这对指导实际应用是很有意义的。

  本文根据耦合模理论,采用级数展开方法,对光纤布喇格光栅传感器的温度与应变性质进行了理论研究;通过定义温度-应变关联因子Qb,建立了定量分析FBG型光纤传感器温度与应变性质的方法研究结果对光纤布喇格光栅传感器的实际应用具有一定的指导意义1FBG传感原理FBG的周期一般为零点几个+m,它的一个重要特性是将某一频段内的光反射回去。根据耦合模理论,在FBG中前向传输的LP)1模(U= U1)与后向传输的LPh模(U= - Um)耦合,当满足布喇格条件时,其中心反射波长将被反射回原路。即时,才能从FBG中反射(或透射)FBG传感原理是:当外界因素作用于FBG导模时,将对FBG的传输特性进行调制,从而改变FBG的透射谱性质,通过探测器检测透射谱的变化,即可推知被测量的变化。

  2温度与应变的关联性质由(1)式可知,应力对耦合波长的影响是由弹光效应和光纤光栅周期A的变化引起的,而温度对耦合波项目项目:国家博士点基金资助项目、天津自然科学基金资助项目编号003104011假设FBG的耦合波长Xb为温度T和应变,的函数,则Xb对T和X展开成泰勒级数为:长的影响则是由热光效应和热膨胀效应引起的。在实际应用中,由于光纤光栅传感器对环境的温度和应变均敏感,故在考虑温度与应变相互关联时,可将耦合波长视为温度T和应变,的函数于是,心可对T和展开成泰勒级数其中,由热膨胀和应变引起的光栅周期变化分别为1和|=A,由热光效应和弹光效应引起的光栅有效折射率分别为JT=apJX=-Peie.Tp和a分别为纤芯的热膨胀系数、有效弹光系数和热光系数于是,当AT与A环很大时,略去(AT2)与(AX2以上高次项,(2)式可近似为其中比例因子kTkx和kT,x分别为FBG的温度系数、应变系数和温度-应变系数。

  由以上推导可知,FBG的温度与应变关联仅与纤芯的参数有关若将FBG粘接于某种衬底材料上,则其温度与应变关联分析须考虑该衬底材料的力学与热学性质3计算结果与分析为了定量比较光纤光栅温度与应变的关联程度,本文定义温度与应变关联因子为:(4)式定量描述了光纤光栅温度与应变的关联性质,其关联程度与Qb值的大小成正比Qb值愈小,温度与应变关联的程度愈小,反之亦然并且,温度与应变的关联程度与温度和应变的变化范围有关提供了有关复合材料、钢材和水泥的温度与应变的变化范围,如下表1所示。

  表1复合材料。钢材和水泥的温度与应变典型参数值参数复合材料钢材水泥温度AT产生裂纹的应变AX下面以常用的锗硅单模光纤为例,具体估算FBG的温度与应变在上述变化范围内的关联程度相关参)与微应变(AX~几个―X)范围内,分的数量级为10- 6;(2)在常温变(AT〈几个*C)与微应变(AX~几十个―X范围内,Qj的数量级为10-5;(3)在宏温变(AT~10°C)与宏应变10―X范围内及的数量级为1 3;若应变达到1dX则分的数量级可达1光学传感器:原理与技术北京:科学出版社,1998.312.贾宏志,李育林,忽满利长周期光纤光栅传感器温度和应变灵敏度分析光子学报。1999,(8):711-714.黄廷超,黄尚廉,陈伟民,等光纤传感器用于混凝土结构状态检测的研宄传感技术学报1997,(3):32-37.

读完这篇文章后,您心情如何?
0
0
0
0
0
0
0
0
本文网址:
下一篇:没有资料