對(duì)同軸電纜布拉格電柵傳感特性的研究.pdf

1、目前,光纖光柵傳感器被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。然而現(xiàn)有的光纖光柵傳感器在實(shí)際應(yīng)用中仍存在許多問題。本文采用同軸電纜作為傳感媒介,借助同軸光子晶體的結(jié)構(gòu)方式和光纖布拉格光柵的原理,提出了同軸電纜布拉格電柵這一概念。同軸電纜布拉格電柵內(nèi)傳播的電磁波,經(jīng)過周期性阻抗不連續(xù)結(jié)構(gòu)發(fā)生反射,其特性相似于光纖布拉格光柵,然而相比光纖光柵,電柵具有更大的尺寸、可以承受更大張力的特點(diǎn),彌補(bǔ)了光纖光柵易碎、可測(cè)應(yīng)變小的缺點(diǎn)。
　　同軸電纜布拉格

2、電柵,是一種光纖布拉格光柵的特性與概念實(shí)現(xiàn)于同軸電纜的新型器件,它具有類似于光柵的傳輸和反射特性,同時(shí)更是具有光纖所沒有的承受大應(yīng)變能力,在大應(yīng)變傳感的領(lǐng)域中有望占有一席之地。然而,國(guó)內(nèi)外鮮有針對(duì)電柵系統(tǒng)的理論研究和仿真。首先,通過傳輸線和模式耦合理論對(duì)電柵基本原理進(jìn)行了闡述,研究了電柵效應(yīng)的機(jī)理。最后,介紹了同軸電纜布拉格電柵的基本結(jié)構(gòu),并采用傳輸線理論對(duì)電柵的反射系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)。
　　進(jìn)一步使用了Ansoft HFSS電磁仿真

3、軟件對(duì)電柵進(jìn)行了建模和仿真,比較了仿真結(jié)果與分析結(jié)果的異同。Ansoft HFSS以有限元分析法作為其數(shù)值求解電磁場(chǎng)的基礎(chǔ),憑借友好簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)界面、強(qiáng)大的分析性能和后處理器,可以對(duì)任意形狀的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁場(chǎng)分析。在仿真過程中,先后進(jìn)行了不同周期數(shù)、不同周期長(zhǎng)度、不同鉆孔條件等情況下的仿真;對(duì)電柵特性進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化,減小了線寬,提高了傳感精度。
　　最后,通過實(shí)驗(yàn)室制作電柵,搭建系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,對(duì)比結(jié)