应用光纤光栅测试制导光纤放线应力

摘要

光纤制导技术在有线制导武器方面的应用是光纤技术军事应用的一个重要方面。它具有保密性好、发射点隐蔽、抗电磁、核辐射和化学反应的干扰，制导精度高、信息传输容量大、攻击目标的变换速度快、能昼夜工作以及设备简单、体积小、重量轻、成本低和机动灵活等独特优势，应用前景极为广阔。 在高速度、中长距离光缆制导导弹的研制过程中，如何保证在强拉力条件下顺利释放光缆而不断纤，是光纤制导技术中一项急需解决的关键技术。要攻克这一关键技术，必须要对放线光缆动态过程中的光纤内部的应力进行实时监测。 光纤光栅是新一代光纤技术，是一种波长调制型的光学传感器。它能够直接传感测量温度和应变这两个最基本的物理量。 本文研究了光纤光栅在应力作用下对特定中心波长反射的漂移特性，提出了在制导光纤中接入光纤Bragg光栅，利用光纤光栅解调仪检测放线过程中光纤光栅反射的中心波长的漂移量，从而根据光纤光栅应变传感公式，解出光纤中的应力大小。 本文设计并建立了制导光纤接入光纤光栅后在静态拉力作用下的应变传感实验系统。利用直接拉伸法使光纤Bragg光栅产生应变，得到不同拉力条件下的反射波长，根据实验数据计算得到静态实验的应变敏感系数为1.15pm/με，与典型光纤光栅的理论推导值1.2pm/με相比，相对误差为4.17％。 本文根据制导导弹中制导光缆在放线过程中的特点，将该动态应力看作是基于静态应力的随时间变化的应力扰动，根据动态应力的测试原理建立了基于双光栅匹配法测试动态应变的实验模型，从理论上推导了两个解调FBG透射光功率的比值跟动态应力的关系；最后对该模型进行了Matlab数值模拟。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1研究背景

1.2本文研究内容

2光纤光栅简介

2.1光纤光栅的发展

2.2光纤光栅的分类

2.2.1根据成栅机制分类

2.2.2根据光纤光栅的周期分类

2.3光纤光栅的写入技术

2.3.1内部写入法又称驻波法

2.3.2全息成栅法又称外侧写入法

2.3.3单脉冲写入

2.3.4相位掩膜法

2.4光纤光栅的传感应用

2.4.1民用工程结构中的应用

2.4.2航空航天业中的应用

2.4.3船舶航运业中的应用

2.4.4电力工业中的应用

2.4.5石油化学工业中的应用

2.4.6医学中的应用

3光纤Bragg光栅基本理论

3.1光纤Bragg光栅

3.2光纤Bragg光栅的传输特性

3.3光纤光栅中心波长解调技术

3.3.1光纤Bragg光栅中心波长解调原理

3.3.2光纤光栅中心波长解调技术分类

3.4光纤Bragg光栅传感信号的检测

3.4.1光谱仪和多波长计

3.4.2边缘滤波器[34]

3.4.3非平衡Mach-Zender光纤干涉仪解调FBG波长的系统

3.4.4可调谐F-P滤波法

3.4.5匹配光纤Bragg光栅法

4应用光纤Bragg光栅测试制导光纤放线应力

4.1光纤制导技术

4.1.1高强度光纤与细径化

4.1.2光纤拼接、绕线与放线

4.1.3光纤双向传输

4.1.4导引头

4.2制导光纤

4.3制导光纤放线应力传感公式

4.4制导光纤静态应力测试

4.4.1实验装置

4.4.2实验数据

4.4.3实验数据分析

4.5制导光纤放线动态应力测试模型推导及仿真分析

4.5.1基于双光栅匹配法测试放线动态应力的模型

4.5.2 Matlab数值仿真

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献