基于嵌入式光纖光柵的脈沖強磁體應(yīng)變測量研究.pdf

1、隨著脈沖強磁場技術(shù)的發(fā)展，科研人員把不斷地提高脈沖磁場強度作為研究目標(biāo)。勵磁過程中產(chǎn)生的巨大磁應(yīng)力是限制脈沖強磁場強度提高的主要障礙之一。因此，解決磁應(yīng)力的測量有助于研究磁體內(nèi)部機理，促進脈沖強磁場技術(shù)的進一步發(fā)展。但由于脈沖強磁體工作在液氮(77K)、強電磁場的環(huán)境下，其內(nèi)部空間狹小，一般傳統(tǒng)的電類傳感器無法嵌入到磁體線圈內(nèi)部，而且電類傳感器導(dǎo)線連接復(fù)雜、易受電磁干擾。在脈沖強磁場技術(shù)的研究中，研究人員迫切需要找到一種能夠準(zhǔn)確測量磁體

2、內(nèi)部應(yīng)變的測量工具。光纖光柵(FBG)傳感器具有體積小、靈敏度高、絕緣、抗電磁干擾能力強、易于嵌入到材料內(nèi)部等獨特的優(yōu)點。因此，光纖光柵傳感器符合脈沖強磁體內(nèi)部應(yīng)變測量這一應(yīng)用要求。
　　 目前，國內(nèi)外利用光纖光柵測量脈沖強磁體內(nèi)部應(yīng)變的研究基本還屬空白，針對這一研究現(xiàn)狀，本文以光纖光柵低溫應(yīng)變傳感器作為研究對象。首先進行了光纖光柵的低溫傳感特性研究和液氮溫度下的應(yīng)變測量研究；然后通過模擬繞線實驗、兩個低強度小磁體模型以及一個6

3、0特斯拉脈沖強磁體的繞制實驗研究光纖光柵嵌入脈沖強磁體內(nèi)部的技術(shù)與工藝；最后對60特斯拉的脈沖強磁體進行常溫和液氮溫度下強磁體內(nèi)部的動態(tài)應(yīng)變測量。本文主要內(nèi)容安排如下：
　　 (1)介紹光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，以及光纖光柵傳感器低溫應(yīng)變測量理論及應(yīng)用的研究現(xiàn)狀。
　　 (2)介紹光纖光柵傳感基本原理。
　　 (3)研究液氮溫度下光纖光柵的溫度傳感特性和應(yīng)變傳感特性，并進行了液氮溫度下用光纖光柵測量應(yīng)變的

4、初步研究，分析討論光纖光柵傳感器在低溫環(huán)境下實現(xiàn)應(yīng)變分布測量的可行性。
　　 (4)通過繞線實驗和脈沖強磁體的制作研究光纖光柵嵌入脈沖強磁體的技術(shù)與工藝。
　　 (5)分別在常溫和液氮環(huán)境下，測量勵磁過程中脈沖強磁體磁體內(nèi)部的動態(tài)應(yīng)變。
　　 實驗結(jié)果表明，在液氮環(huán)境下，采用特殊工藝封裝和處理的光纖光柵應(yīng)變片有較好的適應(yīng)性，實驗測得液氮溫度下的彈光系數(shù)為0.086。實現(xiàn)了縮比燃料儲箱應(yīng)變的分布式測量。通過20個光