基于布里淵動(dòng)態(tài)光柵的高精度分布式橫向壓力傳感器研究.pdf

1、在工業(yè)生產(chǎn)和土木施工過程中，力學(xué)傳感器發(fā)揮著巨大的作用，力學(xué)傳感技術(shù)的研究一直作為基礎(chǔ)研究中的重中之重。在服役期內(nèi)，由于外界環(huán)境和自身重力等因素的影響，大型建筑往往受到縱向壓力和橫向壓力的共同作用，局部受力不均勻是造成隱患的主要原因之一。研究一種可靠、高效的光纖橫向壓力傳感器具有很重要的研究價(jià)值和實(shí)用意義。布里淵動(dòng)態(tài)光柵技術(shù)（BDG）具有分布式測量、高精度測量和高空間分辨率測量的優(yōu)勢，可以有效測量由于外界物理參量變化而引起的光纖雙折射的

2、變化，從而有效地進(jìn)行橫向壓力測量。
　　本文提出采用布里淵動(dòng)態(tài)光柵技術(shù)測量橫向壓力。在10.3 m長橢圓纖芯保偏光纖（ECORE-PMF）的兩個(gè)主軸內(nèi)產(chǎn)生和讀取布里淵動(dòng)態(tài)光柵，成功的進(jìn)行了橫向壓力分布式測量，空間分辨率為20cm，測量精度高達(dá)1.3x10-3N/mm。首先，實(shí)驗(yàn)探究了ECORE光纖的雙折射溫度特性和雙折射應(yīng)變特性。驗(yàn)證了這種光纖的溫度不敏感特性，得到了這種光纖的雙折射頻移隨溫度變化、應(yīng)變變化的線性關(guān)系系數(shù)，分別為C

3、<'T,Bire>=-6.53 MHz/℃和C<'E,Bire>=-0.0606 MHz/με。相比于應(yīng)力導(dǎo)引型保偏光纖（例如熊貓（PANDA）型和領(lǐng)結(jié)（BOWTIE）型保偏光纖），這種結(jié)構(gòu)型保偏光纖具有更低的溫度和應(yīng)變靈敏度，且隨著應(yīng)變增加雙折射減少。其次，在我們自行設(shè)計(jì)的壓力施加平臺(tái)上進(jìn)行了橫向壓力施加傳感實(shí)驗(yàn)。討論了光纖外涂敷層對(duì)光纖自身雙折射和光纖橫向壓力靈敏性的影響。光纖外涂敷層對(duì)光纖具有緊縮拉力，會(huì)改變光纖自身的雙折射。聚合

4、物材料的涂覆層相當(dāng)于壓力緩沖層，會(huì)降低橫向壓力傳導(dǎo)到石英光纖的速度，降低光纖靈敏性。最后，采用裸光纖進(jìn)行壓力測量實(shí)驗(yàn)，研究了光纖橫向壓力靈敏度與壓力施加方向之間的關(guān)系，驗(yàn)證了這種基于BDG橫向壓力傳感技術(shù)所具有的分布式測量和可操控性測量的能力，獲得了光纖不同雙折射變化方向上橫向壓力線性關(guān)系，線性擬合結(jié)果分別為-6.217 GHz/Nmm-1和6.28 GHz/Nmm-1，計(jì)算出橫向壓力測量精度高達(dá)1.3×10-3 N/mm。這一結(jié)果比已