光纤光栅传感系统应用方案

作者:本网编辑 文章来源:MM现代制造 发布时间:2010-08-05
 

光纤光栅传感系统应用方案

一般解决方案示意 图

   光纤光栅监测系统一般由光纤光栅传感器、光纤光栅信号解调仪、光开关或光合波器、光纤跳线、光纤适配器、传输光缆、系统软件等部分组成,其中光纤光栅传感器(传感探头)、光纤光栅信号解调仪、光开关(合波器)与系统软件(包括与用户相关数据库/系统的通讯接口)是核心部分。

光纤光栅温度测试

   式中,为光栅中心波长;为温度灵敏度系数;为波长变化;为温度变化。

   上式即为光纤布拉格光栅温度变化作用下的波长变化数学表达式,它是处理光纤光栅温度传感的基本关系式。可以看出,当光纤光栅的材料一旦确定后,光纤光栅对温度的传感特性系数基本上为一与材料系数相关的常数,这就从理论上保证了光纤光栅作为温度传感器有很好的线性输出。

   为光纤光栅温度传感的灵敏度系数,由此可得

   上式即为光纤光栅波长变化与温度变化关系,它可以方便地将波长变化数据处理成温度增量结果。中心波长变化不大时,每摄氏度导致的波长变化约为10pm/℃左右。由于采用的光纤不同、写入光栅的工艺不同以及退火工艺的差别,不同光纤光栅的传感灵敏度会有差异,尤其光纤光栅经过封装后,封装材料会极大地改变光纤光栅的温度传感特性,因此不同的光纤光栅必须经过标定才能用作实际测量。

光纤光栅 应变测试

   当温度恒定时,由可知,,一旦应变灵敏度系数确定,则可以方便地通过波长变化获得应变值。

    当温度变化时,我们必须对应变传感进行温度补偿法。方法如下:

    将一根布拉格光栅布设于被测对象,另一根布设于与被测材料一样、温度场一致且不受力的构件上,即保证两者发生同样的温度效应,

       

,我们可以得到:

   若忽略光栅中心波长导致的灵敏度系数影响,温度与应变共同产生的波长变化可由下式表示:则,,可得

   如果光纤布拉格光栅的传感特性一致,而基体材料也一样,即光栅的温度传感系数一致,可以取1,从而将给实际操作带来极大的方便。

 

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