壓力容器表面應(yīng)力光纖Bragg光柵的測量和分析.pdf

1、光纖布喇格光柵(FiberBraggGrating，F(xiàn)BG)是目前最有發(fā)展前途、最具代表性的光纖無源器件之一。由于它能將被感測信息，如溫度和應(yīng)力的信號，轉(zhuǎn)化為反射波長的偏移，即具有波長編碼的特性，因而不受光源功率波動和系統(tǒng)損耗的影響。另外，光纖光柵具有可靠性好、抗電磁干擾、抗腐蝕等優(yōu)點，易于將多個光纖光柵串聯(lián)在一根光纖上構(gòu)成光纖光柵陣列，實現(xiàn)分布式傳感，這是其他傳感元件無法比擬的。這種傳感器在大型結(jié)構(gòu)(如水壩、橋梁、重要建筑和飛行器、艦

2、艇等)和特殊場合(如礦井、油田等的壓力容器或壓力管道)的安全監(jiān)測方面具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是其現(xiàn)場無電信號因而本質(zhì)防爆的特點，近年來FBG傳感器已經(jīng)越來越引起人們的重視。 本文的內(nèi)容是壓力容器或壓力管道的表面應(yīng)力測量。以FBG為對象，以理論應(yīng)變值為真值，對比傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片的測量值，進行研究和分析。 首先對FBG的應(yīng)變傳感特性進行了實驗和研究。用光纖光柵本身吊重物，定量研究了FBG的Bragg波長和應(yīng)變之間的線性關(guān)系，

3、即標定了FBG的特性。 其次推導(dǎo)出該壓力容器表面圓周向(橫向)和軸向應(yīng)變的理論值曲線。 在容器表面粘貼了8個波分復(fù)用的FBG來監(jiān)測加載后容器的軸向和橫向應(yīng)力，同時在每個測量光柵的旁邊各貼上一個電阻應(yīng)變片，作為對比。分析了FBG和電應(yīng)變片兩種方法的應(yīng)力測量結(jié)果，并與理論值進行對比。 考慮到由于光纖軸向受拉會變細，影響應(yīng)變測量的結(jié)果，因此對受拉應(yīng)力的光柵，使用了補償?shù)霓k法。 在復(fù)雜應(yīng)力條件下，采用簡化的方法，

4、使之變成純拉應(yīng)力。并對比分析了受復(fù)雜應(yīng)力的FBG與同一受力情況下采用簡化受力方式的FBG的應(yīng)變差別。 可以得到以下結(jié)論： 1.在軸向應(yīng)變上：以理論值為真值，F(xiàn)BG的測量值比應(yīng)變片測量值精確6﹪。 2.在橫向應(yīng)變上：以理論值為真值，F(xiàn)BG的測量值與應(yīng)變片測量值相當(dāng)，精度提高1﹪。 3.受拉FBG補償后的應(yīng)變值比補償前的應(yīng)變值更趨近入理論應(yīng)變值； 4.簡化應(yīng)力方式的應(yīng)變值比復(fù)雜的應(yīng)力條件下的應(yīng)變值更趨