表面粘贴基片式FBG传感器的应变传递机制与温度补偿研究

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港口机械、航空发动机和重型数控机床等大型机械装备，不仅是国民经济稳定发展的基础性关键设备，也是影响国家安全和决定国防建设水平的战略性核心装备。采用应变测量技术对大型机械装备进行在线监测，可以实时掌握机械系统的运行状况。但是传统的应变测量仪器，由于存在抗电磁干扰能力差、稳定性不足等问题，很难适应大型机械装备结构及其工作环境，同样也不便于多点动态分布式测量。相比传统的电类传感器，光纤光栅作为一种新型的无源传感器，具有体积小、灵敏度高、损耗低、电绝缘性好、抗电磁干扰、易于多点布置等优点，为大型机械装备在线监测提供了新的研究方向。　　本论文在国家自然科学基金等项目支持下，以大型机械装备在线监测为应用背景，重点围绕FBG传感器在应变测量过程中光纤光栅的检测应变与基体的实际应变存在偏差以及温度与应变交叉敏感等问题，对表面粘贴基片式FBG传感器的应变传递机制与温度补偿方法展开研究。主要工作和研究成果如下：　　1、针对 FBG传感器在应变测量过程中光纤光栅的检测应变与基体的实际应变存在偏差的问题，建立了“基体-底部粘贴层-基片-粘贴层-光纤”的五层结构模型，推导了表面粘贴基片式FBG传感器的应变传递模型，并计算出传感器对基体影响深度的表达式，研究了各因素对传感器应变传递的影响规律，总结出了表面粘贴基片式FBG传感器的封装工艺与粘贴工艺参数，同时通过有限元仿真对应变传递模型进行验证研究。　　2、针对在光纤光栅粘贴过程中施加的预紧力对传感器应变测量的稳定性与重复性存在影响的问题，通过实验研究了预紧力的一致性与最优性对传感器测量的稳定性和重复性的影响规律，并设计了两套适用于不同应用场合的 FBG传感器粘贴工具和一套FBG传感器封装实验台。　　3、针对基片式 FBG应变传感器的温度响应模型会受到基体的约束而发生改变的问题，建立了表面粘贴基片式FBG传感器的温度响应模型，并通过有限元仿真和实验对温度响应模型进行了验证研究。　　4、针对基片式FBG应变传感器在测量过程中存在温度与应变交叉敏感的问题，提出了基片式FBG应变传感器采用双光栅垂直粘贴法进行温度补偿的设计方案，并通过理论分析和实验对传感器的应变与温度传感特性进行了研究。

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作者
严才根;
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作者单位

武汉理工大学;

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授予单位武汉理工大学;
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名周祖德;
年度 2017
页码
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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类
关键词
FBG应变传感器,应变传递,温度补偿,大型机械装备;

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