光纖光柵應(yīng)力疲勞失效特征研究.pdf

1、光纖光柵具有許多優(yōu)良特性,廣泛應(yīng)用于土木工程、航空航天、石油化工和其他應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測場合。但是,在實際工程應(yīng)用中,光纖光柵長期處于變荷載環(huán)境中,應(yīng)力疲勞作用會使得光纖光柵的傳感性能逐漸蛻化,甚至完全失效。而疲勞失效的光纖光柵產(chǎn)生的錯誤信號可能會引導(dǎo)系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)做出錯誤的動作,進而帶來嚴重的后果。因此,通過某些特征甄別已疲勞失效或?qū)⒁谑У墓饫w光柵具有重要意義。
　　本文在介紹光纖光柵應(yīng)變傳感原理的基礎(chǔ)上,詳細分析了光纖光柵應(yīng)變

2、傳感器的組成及力學(xué)傳遞過程,隨后分析了光纖光柵應(yīng)變傳感網(wǎng)絡(luò)的組成,并指出光纖光柵是最容易出現(xiàn)疲勞蛻化的部分。
　　介紹了現(xiàn)有的四種光纖光柵峰值檢測算法,結(jié)合這四種算法詳細分析了光譜質(zhì)量對其傳感的影響。將光譜畸變的類型分為三種,并詳細分析了這三種畸變類型對中心波長檢測結(jié)果的影響,并提出評價這三種畸變類型的指標(biāo)。分析結(jié)果表明,邊模抑制比、主瓣峰谷比和3dBm帶寬這三個指標(biāo)可以作為光纖光柵疲勞失效特征。
　　建立了基于裂紋擴展的光

3、纖光柵應(yīng)力疲勞失效機理,詳細分析了光纖光柵內(nèi)應(yīng)力的來源,應(yīng)力疲勞與裂紋之間的相互作用,據(jù)此,將光纖光柵應(yīng)力疲勞過程分為三個階段:微裂紋形成階段、微裂紋擴展階段和光纖光柵斷裂階段。并利用傳輸矩陣法得到了裂紋作用下的光纖光柵反射光譜,通過實例仿真分析發(fā)現(xiàn),應(yīng)力疲勞導(dǎo)致光纖光柵反射光譜蛻化,且畸變的形式與實際的光譜畸變類型一致。從理論上證明邊模抑制比、主瓣峰谷比和3dBm帶寬這三個指標(biāo)可以作為光纖光柵疲勞失效特征。
　　設(shè)計了光纖光柵加

4、速應(yīng)力疲勞實驗裝置,并進行了一系列的疲勞實驗。結(jié)合前述理論分析與實驗結(jié)果,發(fā)現(xiàn)邊模抑制比和3dBm帶寬可以作為光纖光柵疲勞失效特征,并提出了疲勞失效判據(jù):若邊模抑制比小于5dBm且?guī)挻笥诘扔?.3nm,則光纖光柵極有可能完全失效;若邊模抑制比大于等于5dBm,小于等于10dBm,且?guī)捵兓臍v史數(shù)據(jù)不斷增加,則該光纖光柵極有可能測得的數(shù)據(jù)不可靠;若邊模抑制比大于10dBm,且?guī)捇颈３植蛔?則光纖光柵極有可能還能正常傳感。提出的疲勞