FBG自致啁啾傳感器的設(shè)計(jì)與基本性能研究.pdf

1、光纖光柵被廣泛應(yīng)用于航空結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，航空結(jié)構(gòu)件的復(fù)雜化對(duì)布拉格光纖光柵傳感器提出了更高的要求。啁啾光纖光柵因其軸向上的光學(xué)常數(shù)是不同的，能夠形成很寬的有效帶寬，不同的柵格周期和反射率能夠反射出各異的光波長(zhǎng)，反射光譜的波長(zhǎng)能夠與光柵傳感器粘貼的位置一一對(duì)應(yīng)，通過提取光譜中的有效光信息能夠滿足復(fù)雜場(chǎng)監(jiān)測(cè)的要求。
　　本文主要的研究工作包括：
　?。?）在光纖光柵理論方面，從微觀角度解釋了光纖光柵啁啾化的產(chǎn)生機(jī)理，結(jié)合傳輸矩

2、陣法和龍格-庫(kù)塔法對(duì)啁啾化的光纖光柵反射光譜和色散曲線進(jìn)行了理論仿真重構(gòu)。
　　（2）啁啾光纖光柵制作實(shí)驗(yàn)方面，以布拉格光纖光柵在非均勻應(yīng)變下產(chǎn)生啁啾效應(yīng)為理論指導(dǎo)，使用了三種不同的基底材料在光纖光柵中建立應(yīng)變梯度，制作了不同的啁啾光纖光柵。采用壓桿調(diào)諧的方法，將FBG分別粘貼在中點(diǎn)處和1/4位置處，結(jié)果表明粘貼在1/4位置處能制作出帶寬為3nm和穩(wěn)定負(fù)色散補(bǔ)償?shù)倪惫饫w光柵，并且對(duì)壓桿調(diào)諧過程中基底材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行推導(dǎo)和

3、分析，提取了不同位置處的應(yīng)變梯度，分析了應(yīng)變梯度對(duì)光纖光柵的周期和有效折射率的影響，結(jié)果表明，粘貼在不同位置處得到的啁啾光柵系數(shù)不相同，對(duì)啁啾光纖光柵的反射光譜進(jìn)行了理論重構(gòu)，重構(gòu)的結(jié)果與理論趨勢(shì)相吻合，間接的證明了重構(gòu)算法的可行性；設(shè)計(jì)了一個(gè)以正弦形基底材料為基礎(chǔ)的拉伸實(shí)驗(yàn)，將拉伸過程中產(chǎn)生的梯度應(yīng)變引入布拉格光纖光柵，制作出啁啾取樣光柵，利用ABAQUS有限元軟件對(duì)拉伸結(jié)構(gòu)的應(yīng)變進(jìn)行了仿真，提取了各節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)變，對(duì)啁啾取樣光纖光柵進(jìn)

4、行了光譜重構(gòu)，重構(gòu)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的趨勢(shì)相同；利用SMA的形狀記憶效應(yīng)輔助光纖光柵成型，設(shè)計(jì)了一個(gè)反射光譜波長(zhǎng)與空間位置一一對(duì)應(yīng)的微小型的彎曲啁啾光纖光柵，并對(duì)其成柵機(jī)理進(jìn)行了定性的分析。
　　（3）設(shè)計(jì)的帶寬可調(diào)型光纖光柵傳感器可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變和溫度雙參量同時(shí)區(qū)分測(cè)量，并建立了雙參量靈敏度矩陣，可通過測(cè)量啁啾光纖光柵的帶寬變化實(shí)現(xiàn)溫度不敏感的傳感測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明移動(dòng)位移在2.5mm~10mm范圍內(nèi)變化時(shí)，啁啾光纖光柵的反射帶寬在1nm