光纤Fabry-Perot应变计在风洞天平上的应用研究

发布时间：2017-10-05 15:35

  本文关键词：光纤Fabry-Perot应变计在风洞天平上的应用研究

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【摘要】：光纤应变计具有抗电磁干扰、耐高温、结构简单,尺寸小、灵敏度高等优点,为风洞应变天平研制提供了一种新的技术途径。国内外已有多家研究机构开展了光纤天平研究工作,但多数是针对光纤天平技术的原理性验证。2010年,中国空气研究与发展中心(CARDC)与电子科技大学(UESTC)联合开展了光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)应变计在风洞天平上的研究,但研制的光纤天平蠕变较大,静态校准准度较低,无法满足风洞试验要求。为进一步提高光纤天平的性能,满足风洞试验要求,本文开展了基于光纤F-P应变计的光纤天平研究。本文共五章,各章主要内容为:引言,分别介绍了风洞天平的发展、光纤F-P应变计的研究概况、光纤天平的国内外发展现状及本文的研究内容,并提出了光纤F-P应变计和光纤天平的设计指标。第二章,首先介绍了光纤F-P应变计的工作原理,提出了应变计的两种结构形式,即基于MEMS(Mirco Electro-Mechanical System)芯片的光纤F-P应变计和基于激光加工的光纤F-P应变计;其次分别介绍了两种光纤F-P应变计的结构特点、制作工艺和相应的信号解调方法;最后在等强度梁上开展了应变计的安装工艺研究,并对胶粘和焊接的应变计进行了静态性能测试。测试数据表明两种光纤F-P应变计的应变测量精度均优于设计指标0.2με,其中焊接安装的应变计性能优于胶粘安装的应变计。第三章,为进一步检验光纤F-P应变计的性能,设计了三分量天平;对分别安装MEMS光纤F-P应变计和激光加工光纤F-P应变计的光纤天平进行了静态校准,并与电阻应变天平的校准数据进行了对比。测试数据表明光纤天平的静态性能(滞后、零漂、蠕变)和准度分别优于设计指标0.5%和1%,但其性能较电阻应变天平仍有一定差距。本章对光纤天平的温度补偿技术进行了初步研究,提出了测温补偿、对称补偿和自补偿的方案。第四章,在低密度风洞中开展了基于这两种光纤应变计的光纤天平和电阻应变天平的对比试验,结果表明光纤天平与电阻应变天平的风洞试验气动力系数随攻角的变化趋势相同;光纤天平气动力测试精度达到2%的设计指标,但目前光纤天平对风洞试验气动力的测量精度与电阻应变天平相比仍有一定差距。第五章为结束语,对全文进行了总结,并规划了下一阶段的研究方向和目标。
【关键词】：光纤应变计 光纤天平 温度补偿 低密度风洞试验
【学位授予单位】：中国空气动力研究与发展中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211.752
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-20
• §1.1 风洞天平概况10-11
• §1.2 光纤F-P应变计的发展现状11-14
• §1.3 光纤天平的国内外发展现状14-17
• §1.4 本文研究意义与主要内容17-20
• 第二章 光纤F-P应变计20-44
• §2.1 光纤F-P应变计工作原理20-23
• §2.2 光纤F-P应变计制作23-30
• §2.2.1 MEMS光纤应变计制作24-29
• §2.2.2 激光加工光纤F-P应变计制作29-30
• §2.3 光纤F-P应变计信号解调30-36
• §2.3.1 波长解调系统31-34
• §2.3.2 相位解调系统34-36
• §2.4 光纤F-P应变计安装36-40
• §2.4.1 MEMS光纤应变计安装36-38
• §2.4.2 激光加工光纤应变计安装38-40
• §2.5 光纤F-P应变计静态性能40-43
• §2.5.1 MEMS光纤应变计静态性能40-42
• §2.5.2 激光加工光纤应变计静态性能42-43
• §2.6 本章小结43-44
• 第三章 光纤天平44-64
• §3.1 三分量天平设计44-46
• §3.2 静态校准46-55
• §3.2.1 基于MEMS光纤应变计的光纤天平47-50
• §3.2.2 基于激光加工光纤应变计的光纤天平50-55
• §3.2.3 电阻应变天平55
• §3.3 风洞试验55-62
• §3.3.1 基于MEMS光纤应变计的光纤天平56-57
• §3.3.2 基于激光加工光纤应变计的光纤天平57-59
• §3.3.3 电阻应变天平59-62
• §3.4 本章小结62-64
• 第四章 光纤天平温度补偿64-78
• §4.1 测温补偿64-70
• §4.2 对称补偿70-75
• §4.3 温度自补偿75-77
• §4.4 本章小结77-78
• 第五章 总结与展望78-80
• §5.1 总结78
• §5.2 创新点78
• §5.3 展望78-80
• 致谢80-81
• 自我介绍81-82
• 参考文献82-84

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本文编号：977598