1 上海电机学院 机械学院, 上海201306
2 同济大学 航空航天与力学学院, 上海 200092
3 悉尼大学 宇航、机械与机电工程学院, NSW 2006, 澳大利亚
建立了半平面体与光纤布拉格光栅传感器双向耦合的应变传递理论, 得到表面粘贴式光纤布拉格光栅传感器测量应变与半平面体应变之间的关系.将理论解、有限元解和实验数据进行对比以验证该理论的正确性, 并分析了应变传递率与半平面体弹性模量、半粘结长度的关系.结果表明: 理论解与实验值非常接近, 误差在4%以内, 应变传递率随着半平面体弹性模量的增大、半粘结长度的增长而逐渐增大, 对光纤布拉格光栅传感器的设计和应用具有一定的参考价值.
应变传递率 表面粘贴 剪应力 数值解 光纤布拉格光栅 预应变 应力 Strain transfer rate Surface-bonding Shear stress Numerical solution Fiber Bragg Grating Pre-strain Stress 光子学报
2017, 46(10): 1006003
1 上海电机学院 机械学院, 上海 201306
2 哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所, 黑龙江 哈尔滨 150078
3 同济大学 航空航天与力学学院, 上海 200092
4 山东省邮电工程有限公司, 山东 济南 250001
考虑现有光纤布拉格光栅(FBG)传感器的应变传递理论均未考虑传感器对基体应变的影响, 本文针对FBG传感器粘贴于薄板的情况研究了薄板的应变传递理论。由于光纤应变与薄板应变并不相等, 故研究了光纤应变与薄板应变之间的关系以提高FBG传感器的测量精度。建立了粘贴于薄板表面的FBG传感器应变传递理论, 分析了FBG传感器与薄板之间的相互作用; 利用有限元法(FEM)和实验法验证了理论的正确性。最后, 分析了薄板参数对应变传递率的影响。结果显示: FEM解与理论解的误差在4%以内, 实验值和理论解误差在5%以内, 应变传递率随着薄板厚度和弹性模量的增加而逐渐增大。该理论模型完全满足FBG传感器精度要求, 对其实际应用具有一定的指导意义。
光纤布拉格光栅(FBG)传感器 应变传感器 应变传递率 剪应力 误差修正 Fiber Bragg Grating(FBG) sensor strain sensor strain transfer rate shear stress error correction
1 同济大学 航空航天与力学学院,上海 200092
2 哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所, 黑龙江 哈尔滨 150078
3 武汉理工大学 机电工程学院,湖北 武汉 430070
由于用表面粘贴式光纤布拉格光栅(FBG)传感器测量应变时会影响基体的应变分布, 本文研究了光纤应变与基体应变之间的关系。针对该类传感器建立了基体与光纤之间的应变传递函数用以修正测量应变, 然后研究了FBG传感器与基体之间的相互作用。最后, 利用有限元分析(FEA)和实际实验对提出的理论进行了验证。结果显示: 光纤应变的FEA解与理论解的误差在5%以内, 实验解与理论解的误差在8%以内, 结果表明该理论完全满足表面粘贴式FBG传感器的精度要求。另外, 分析了黏结层和基体对应变传递的影响, 结果显示: 平均应变传递率和应变传递率随着基体弹性模量的增加而增加, 但它们随着黏结层顶端厚度和底端厚度的增加而逐渐减小。
光纤布拉格光栅 光纤传感器 层状结构 应变传递率 fiber Bragg grating optical fiber sensor layered structure strain transfer rate 光学 精密工程
2014, 22(12): 3183
1 同济大学 航空航天与力学学院，上海 200092
2 武汉理工大学 机电工程学院，湖北 武汉 430070
考虑在实际应变测量中传感器封装形式会影响光纤Bragg光栅测得的应变响应，本文研究了测量应变与实际应变之间的关系。针对埋入式光纤Bragg光栅传感器，建立了应变传递函数，并对传递函数的正确性和各个参数对测量应变的影响进行了研究。首先，根据埋入式光纤Bragg光栅传感器的受力特点，提出了多项式形式的剪应力分布，进一步建立了应变传递函数。然后，利用数值方法和实验对该应变传递函数进行验证。最后，分析了传感器长度、胶结层弹性模量、胶结层厚度对测量应变的影响。计算结果表明: 该应变传递函数正确; 胶结层厚度越薄，弹性模量越大，越有利于应变传递。该应变传递函数计算误差控制在5%以内，完全满足埋入式光纤Bragg光栅测量精度要求，对其实际应用具有指导意义。
光纤布拉格光栅 光纤传感器 应变测量 应变传递 剪应力 fiber-optic Bragg grating opticap fiber sensor strain measurement strain transfer shear stress
