光纤珐珀应变传感器的性能分析及其复用研究

摘要

本论文在光纤珐珀传感器已经研制成功的基础上，针对高速飞行器在高温，狭小空间等复杂环境下需要实现应变的精确测量，研究了该光纤珐珀传感器在实际应用中的高温应变特性，并设计了一种用于该光纤珐珀传感器的串行复用系统。主要研究内容如下：
　　（1）从光纤珐珀传感器的粘贴工艺入手，得到了用于应变测量的粘贴流程。使用ABAQUS有限元分析软件对传感器结构进行建模和静力仿真，研究了不同粘贴方式和腔体尺寸对应变分布、线性度和灵敏度的影响。从理论上得出采用两点式直接粘贴的光纤珐珀应变传感器测量基底应变的优点。
　　（2）使用光谱相位解调系统对粘贴在等应变悬臂梁上的珐珀应变传感器进行加载和温度实验。通过灵敏度和线性度对比再次证实两点式粘贴方式相比于一点式粘贴方式的优越性。然后在两点式粘贴方式下对传感器的蠕变特性、回零性、重复性和温度特性等指标进行测试与分析。根据温度特性，提出了两种热力分离方法:FBG温度补偿和两个传感器双参数求解。
　　（3）设计了一种光纤珐珀传感器的串行复用系统，通过恢复串行复用珐珀传感器的光谱并对单个传感器的光谱进行多项式拟合，分析了采用本系统实现串行复用的可行性。最后进行串行复用珐珀传感器的应变实验，拟合出粘贴在等应变悬臂梁的珐珀应变传感器的波长随应变的变化，再次证实了此系统可用于光纤珐珀传感器的串行复用。
　　本论文从软件仿真和测试两个角度分析了高温珐珀应变传感器的性能，基本上实现了高温下应变的精密测量。设计的光纤珐珀串行复用解调系统在解调精度要求不高的情况下可以用于多点应变测量。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

缩略词表

第一章 绪论

1.1 光纤传感技术介绍

1.2 光纤传感器的种类

1.3 光纤应变传感器

1.4光纤珐珀应变传感器的发展历史和研究现状

1.5 本论文的研究意义和主要内容

第二章 光纤珐珀传感原理及其解调方法

2.1 光纤珐珀传感器分类

2.2 高温光纤珐珀应变传感头的制作

2.3 光纤珐珀腔结构传感器的解调

2.4光纤珐珀传感器的复用解调技术

2.5本章小结

第三章 光纤珐珀应变传感器的性能分析

3.1等应变悬臂梁

3.2光纤应变传感器直接粘贴实验研究

3.3光纤应变传感器的有限元分析

3.4本章小结

第四章 光纤珐珀应变传感器的性能测试

4.1相位解调测试原理

4.2两种粘贴方式下的灵敏度和线性度

4.3 特性分析

4.4应变中热力分离实验

4.5 本章小结

第五章 光纤珐珀应变传感器的串行复用研究

5.1 光纤珐珀串行复用的研究意义

5.2光纤珐珀应变传感器串行复用系统的设计

5.3串行复用系统所用的关键光学器件

5.4串行复用光谱恢复

5.5 本章小结

第六章 全文总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果