基于EFPI与RFBG的高温光纤应变传感技术研究
发布时间：2021-09-05 18:59
航空航天、石油化工等高温环境下的应变测量一直都是测量领域的研究热点。不同于常规的应用环境,航空航天等领域中大型设备高温下的应变监测往往布点密集、测试系统庞杂。同时,恶劣的高温环境会影响传统电类传感器和测量仪表的性能,甚至使其损坏。光纤传感器体小质轻、抗电磁干扰、耐腐蚀、易于串联复用,在结构健康监测中得到了广泛的关注和研究,在大型结构的高温应变监测中也有广阔的应用前景。但是目前常用于应变测量的光纤法布里-珀罗传感器（Fabry-Perot interferometer Sensor,F-P）和光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）存在温度应变交叉敏感、测量量程有限和高温环境下机械强度下降等问题,很大程度限制了高温领域光纤传感技术的发展。因此,研究基于光纤传感的高温应变一体化、高温环境下大应变测量技术具有十分重要的意义。课题基于以上背景,研发了一种“外腔式F-P/再生FBG”（EFPI/RFBG）的复用传感器,对高温环境中的温度和应变双参量进行同时测量,制备的传感器具有应变测量量程大、应用温度高等优势。本论文的主要研究工作以及取得的成果如下:首先,对国内外的F-P...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类应变传感器对比图
布里-珀罗（F-P）应变传感器因为自身的很多优点：首先基于紫外激光造成折射率调制的原理，能够承受很高的 1000℃的高温环境；其次，F-P 传感器在测量应变时对温 FBG 传感器[25]，在温度变化不大时，甚至可以忽略温度光纤法布里-珀罗（EFPI）测量的是法珀腔长，可以直接F-P 传感器通常是使用普通的通信级光纤制备，制备过程本优势明显。这些优点使得 F-P 传感器，尤其是 EFPI 传作为高温应变传感器的首选。KentA. Murphy等人最早实现在F15战斗机上利用光纤进行疲劳测试，获得了 0.01μm/m 的应变灵敏度[26]。 A. Wang 等人采用激光热熔加工技术将光纤和准直毛细-2 所示，采用此方法制作的光纤 EFPI 应变传感器解决了良好[27]。
图 1-3 飞秒加工 F-P 微腔应变传感器结构图u F 等人又提出一种使用 157nm 激光微加工的为 1m 的情况下，当应变变化为 1200με 时，波度范围内平均温度系数为 0.64pm/℃[29]。实验证的传感性能，能够满足各种应变测试的需要，交叉敏感、大规模生产的潜能。但是这种内腔式构复杂等缺点，不能用于大应变测量。京大学的 Q. Liu 等人提出采用 FFPI 进行高精度器由一对 FBG 为基础的特殊干涉仪作为应变传应变分辨率高达 5.8nm。动态范围可以扩展到。2012 年，波尔图大学的 A. R. Paula 等人提出在光纤端面形成凹槽，再和其他光纤进行焊接述的传感器有着同样的优缺点，虽然能够耐受
【参考文献】：
期刊论文
[1]耐高温再生光纤光栅的生长规律[J]. 聂铭,张东生,吴梦绮,张春峰. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[2]光纤布拉格光栅再生过程及模型研究[J]. 王巧妮,杨远洪,何俊,王义平. 光学学报. 2016(03)
[3]EFPI-FBG hybrid sensor for simultaneous measurement of high temperature and large strain[J]. 熊丽,张东生,李立彤,郭永兴. Chinese Optics Letters. 2014(12)
[4]激光微加工的光纤法布里-珀罗应变传感器[J]. 徐富国,饶云江,冉曾令. 光学学报. 2010(08)
[5]激光脉冲制作的长周期光纤光栅/法布里-珀罗高温-应变组合传感器[J]. 廖弦,饶云江,冉曾令,邓洪有. 中国激光. 2008(06)
[6]光纤布拉格光栅的高温特性研究[J]. 王文华,宋世德,王晓旭,林钧岫. 光电子·激光. 2005(07)
[7]温度及温升率历史对H62及1Cr18Ni9Ti力学性能的影响[J]. 万玲,彭向和,杨运民,陈裕泽,尹益辉,陈刚. 材料工程. 2003(05)
[8]氢载长周期光纤光栅退火的分析和模拟[J]. 童治,魏淮,王目光,王智,谢增华,简水生. 中国激光. 2002(10)
[9]光纤传感器在监测RTM固化过程及复合材料健康状况中的应用[J]. 福田武人,白云英,史志龙. 纤维复合材料. 2002(03)
[10]一种改善长周期光纤光栅热稳定性的方法[J]. 高侃,蔡海文,陈高庭,方祖捷. 光学学报. 2002(09)
博士论文
[1]光纤EFPI/FBG传感测井系统关键技术研究[D]. 王琦.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]光纤EFPI-FBG复用温度与压力传感器系统研究[D]. 张磊.大连理工大学 2009
本文编号：3385903
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类应变传感器对比图
布里-珀罗（F-P）应变传感器因为自身的很多优点：首先基于紫外激光造成折射率调制的原理，能够承受很高的 1000℃的高温环境；其次，F-P 传感器在测量应变时对温 FBG 传感器[25]，在温度变化不大时，甚至可以忽略温度光纤法布里-珀罗（EFPI）测量的是法珀腔长，可以直接F-P 传感器通常是使用普通的通信级光纤制备，制备过程本优势明显。这些优点使得 F-P 传感器，尤其是 EFPI 传作为高温应变传感器的首选。KentA. Murphy等人最早实现在F15战斗机上利用光纤进行疲劳测试，获得了 0.01μm/m 的应变灵敏度[26]。 A. Wang 等人采用激光热熔加工技术将光纤和准直毛细-2 所示，采用此方法制作的光纤 EFPI 应变传感器解决了良好[27]。
图 1-3 飞秒加工 F-P 微腔应变传感器结构图u F 等人又提出一种使用 157nm 激光微加工的为 1m 的情况下，当应变变化为 1200με 时，波度范围内平均温度系数为 0.64pm/℃[29]。实验证的传感性能，能够满足各种应变测试的需要，交叉敏感、大规模生产的潜能。但是这种内腔式构复杂等缺点，不能用于大应变测量。京大学的 Q. Liu 等人提出采用 FFPI 进行高精度器由一对 FBG 为基础的特殊干涉仪作为应变传应变分辨率高达 5.8nm。动态范围可以扩展到。2012 年，波尔图大学的 A. R. Paula 等人提出在光纤端面形成凹槽，再和其他光纤进行焊接述的传感器有着同样的优缺点，虽然能够耐受
【参考文献】：
期刊论文
[1]耐高温再生光纤光栅的生长规律[J]. 聂铭,张东生,吴梦绮,张春峰. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[2]光纤布拉格光栅再生过程及模型研究[J]. 王巧妮,杨远洪,何俊,王义平. 光学学报. 2016(03)
[3]EFPI-FBG hybrid sensor for simultaneous measurement of high temperature and large strain[J]. 熊丽,张东生,李立彤,郭永兴. Chinese Optics Letters. 2014(12)
[4]激光微加工的光纤法布里-珀罗应变传感器[J]. 徐富国,饶云江,冉曾令. 光学学报. 2010(08)
[5]激光脉冲制作的长周期光纤光栅/法布里-珀罗高温-应变组合传感器[J]. 廖弦,饶云江,冉曾令,邓洪有. 中国激光. 2008(06)
[6]光纤布拉格光栅的高温特性研究[J]. 王文华,宋世德,王晓旭,林钧岫. 光电子·激光. 2005(07)
[7]温度及温升率历史对H62及1Cr18Ni9Ti力学性能的影响[J]. 万玲,彭向和,杨运民,陈裕泽,尹益辉,陈刚. 材料工程. 2003(05)
[8]氢载长周期光纤光栅退火的分析和模拟[J]. 童治,魏淮,王目光,王智,谢增华,简水生. 中国激光. 2002(10)
[9]光纤传感器在监测RTM固化过程及复合材料健康状况中的应用[J]. 福田武人,白云英,史志龙. 纤维复合材料. 2002(03)
[10]一种改善长周期光纤光栅热稳定性的方法[J]. 高侃,蔡海文,陈高庭,方祖捷. 光学学报. 2002(09)
博士论文
[1]光纤EFPI/FBG传感测井系统关键技术研究[D]. 王琦.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]光纤EFPI-FBG复用温度与压力传感器系统研究[D]. 张磊.大连理工大学 2009
本文编号：3385903
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3385903.html
