基于黑體光源的光纖法珀應(yīng)變測量技術(shù)研究.pdf

1、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、超臨界發(fā)電機(jī)等特種大型設(shè)備通常工作在高溫高壓等惡劣環(huán)境下，為避免其服役過程中發(fā)生惡性事故、造成重大經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)其結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行監(jiān)測具有重要意義。光纖法布里-珀羅傳感器具有測量精度高、體積小、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，非常適合此類大型設(shè)備惡劣環(huán)境下的健康監(jiān)測。但傳統(tǒng)光纖法珀傳感系統(tǒng)需要造價(jià)昂貴的外置寬帶光源。若能利用被測環(huán)境的溫度場，設(shè)計(jì)黑體輻射腔為光纖傳感系統(tǒng)提供光源，即可簡化傳感系統(tǒng)又可降低成本。因此，研究基于黑體輻射

2、的光纖法珀傳感系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)變測量，進(jìn)而對(duì)特種大型設(shè)備結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行監(jiān)測具有重要意義。
　　本文利用高溫下材料黑體輻射強(qiáng)度高的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)黑體腔為光纖法珀傳感系統(tǒng)提供輸入光源，并圍繞基于黑體光源的光纖法珀應(yīng)變傳感系統(tǒng)展開理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，主要完成了以下工作：
　?、僭O(shè)計(jì)了基于黑體光源的光纖法珀傳感系統(tǒng)方案，分析了基于黑體光源的光纖法珀傳感原理與用于應(yīng)變測量的理論可行性。
　?、谠O(shè)計(jì)了涂覆式與套管式黑體腔，并對(duì)黑體輻射光耦合入

3、光纖的效率進(jìn)行理論及建模分析，獲得了光纖數(shù)值孔徑、光纖纖芯面積、黑體腔長度、黑體腔半徑對(duì)黑體光耦合入光纖效率的影響。采用鋁酸鎂、氧化鋁等材料，分別制作了涂覆式與套管式黑體腔并開展了輻射強(qiáng)度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：涂覆式黑體腔發(fā)射強(qiáng)度優(yōu)于套管式黑體腔。
　?、垩芯苛讼嚓P(guān)算法用于解調(diào)基于黑體光源的光纖法珀傳感信號(hào)的基本原理，分析了黑體光源所處溫度、光譜儀光譜響應(yīng)中心波長與光譜帶寬、傳感器腔長、傳感器中光纖端面傾斜等對(duì)信號(hào)解調(diào)精度的影響。

4、結(jié)果表明：傳感器腔長處于8μm輔18μm、黑體光源所處溫度越高、光譜響應(yīng)帶寬越寬、光譜中心波長越靠近900nm，傳感信號(hào)的解調(diào)精度越高。
　?、茉O(shè)計(jì)并搭建了基于黑體光源的光纖法珀應(yīng)變測量系統(tǒng)，在黑體腔處于不同溫度的條件下，開展了多支光纖法珀傳感器的多次應(yīng)變加卸載實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)黑體腔所處溫度高于等于900℃時(shí)，能夠有效解調(diào)出光纖法珀器所傳感的應(yīng)變信息；當(dāng)被測材料引起傳感器腔長的變化化范圍為7.5μm～16μm時(shí)，解調(diào)誤差小于2.