基于黑體光源的光纖法珀應變測量技術研究.pdf

1、飛機發(fā)動機、核動力發(fā)動機、超臨界發(fā)電機等特種大型設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)濟損失，對其結構健康進行監(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，非常適合此類大型設備惡劣環(huán)境下的健康監(jiān)測。但傳統(tǒng)光纖法珀傳感系統(tǒng)需要造價昂貴的外置寬帶光源。若能利用被測環(huán)境的溫度場，設計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)進行應變測量，進而對特種大型設備結構健康進行監(jiān)測具有重要意義。
　　本文利用高溫下材料黑體輻射強度高的特點，設計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變傳感系統(tǒng)展開理論分析與實驗研究，主要完成了以下工作：
　?、僭O計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變測量的理論可行性。
　　②設計了涂覆式與套管式黑體腔，并對黑體輻射光耦合入

3、光纖的效率進行理論及建模分析，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度的對比實驗，結果表明：涂覆式黑體腔發(fā)射強度優(yōu)于套管式黑體腔。
　?、垩芯苛讼嚓P算法用于解調基于黑體光源的光纖法珀傳感信號的基本原理，分析了黑體光源所處溫度、光譜儀光譜響應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信號解調精度的影響。

4、結果表明：傳感器腔長處于8μm輔18μm、黑體光源所處溫度越高、光譜響應帶寬越寬、光譜中心波長越靠近900nm，傳感信號的解調精度越高。
　?、茉O計并搭建了基于黑體光源的光纖法珀應變測量系統(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變加卸載實驗。結果表明：當黑體腔所處溫度高于等于900℃時，能夠有效解調出光纖法珀器所傳感的應變信息；當被測材料引起傳感器腔長的變化化范圍為7.5μm～16μm時，解調誤差小于2.