1 中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室, 江苏 徐州 221116
2 中国矿业大学管理学院, 江苏 徐州 221116
3 中广核工程有限公司施工管理中心, 广东 深圳 518124
4 山西大同大学煤炭工程学院, 山西 大同 037003
建立表面粘贴布拉格光纤光栅(FBG)传感器、黏结层、被测物体三者间应变耦合传递的分离式模型,推导得出FBG测量应变与被测应变真值之间的修正关系。通过有限元模拟和实验,验证该理论模型的精确性,并在不同粘贴条件下讨论理论解的精确程度和适用性。结果表明:理论值与实验值稳合良好,误差普遍低于1.6%;应变感知率及精度与粘贴长度和涂层弹性模量呈正相关,与被测物体力学强度呈负相关;应变感知率对保护涂层、黏结层的几何特性不敏感,但其精度与两者呈负相关。研究成果对表面粘贴FBG应变测量、误差修正和传感器设计具有重要的参考意义。
测量 光纤传感器 表面粘贴布拉格光纤光栅 应变传递耦合 应变感知率 测量精度
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 重庆交通大学，西南水运工程科学研究所，重庆 400016
2 重庆大学，光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400030
针对表面粘贴式非栅区封装结构，依据变形等效原理，推导了该结构的应变传递函数，仿真分析了非栅区封装中间段长度与封装材料弹性模量对应变传递效率的影响.分别采用有机环氧胶与金属锌，将两只光纤布喇格光栅用非栅区封装方式固定在同一根钢丝上，进行拉伸试验，试验结果表明：两种材料的拉伸曲线线性度均达到0.99以上，表明两种封装材料的应变传递一致性较好；金属锌封装结构的应力感知灵敏度平均值为0.142 6 nm/KN, 环氧有机胶封装结构的应力感知灵敏度平均值为0.130 4 nm/KN；各种应变值下，金属锌封装结构的应变传递系数均稳定在0.995左右，而环氧有机胶封装结构的应变传递系数在0.91左右上下波动，金属锌的应变传递效率较有机环氧胶高了近9.34%.试验结果与数值仿真结果较为吻合，可为非栅区封装光纤布喇格光栅传感器的设计提供依据.
光纤传感 光纤布喇格光栅 表面粘贴式 非栅区封装 栅区封装 弹性模量 应变传递效率 Opticl fiber sensing Fiber Bragg grating Surface bonded sensor Grating ends packaged structure Grating packaged structure Elastic modulus Strain transfer efficiency
