基于光纤光栅的应变监测研究

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1、中文摘要摘要：相比于传统电传感器，光纤光栅传感器具有耐腐蚀、抗干扰能力强、质量轻、体积小、重复性好、便于组建大规模传感器阵列进行大范围监测等优点，使其在运行环境复杂、各种干扰强烈、需要对大量关键部位振动、应变等参数监测的列车中有很好的应用6i『景，研究光纤光栅在列车结构健康监测中的具体应用，对于监控列车运行状况，确保列车安全运行具有重要意义。本论文的主要内容：1．在布拉格方程基础上，根据光纤光栅的传输理论，对光纤光栅的应变及温度传感特性进行推导，并对光纤光栅应变传感中的温度补偿问题进行分析。2．根据光纤光

2、栅应变特性和对等强度悬臂梁振动特性研究，设计了一种基于等强度悬臂梁的光纤光栅振动传感器，通过采取将光纤光栅平行固定于悬．臂梁上方一定高度的方式，达到提高应变灵敏度的目的。3．通过振动测试，此光纤光栅振动传感器具有良好的低频响应特性，适用于机车振动监测。4．对动车组悬吊部件．铝合金梁及其测试构件进行建模及有限元分析，根据分析结果并结合实际找出应变极值点和易发生疲劳断裂的部位，为光纤光栅应变传感器布设提供依据。5．通过现场对铝合金梁施加不同载荷，利用光纤光栅监测关键部位的应变值，并和对比电阻应变片进行比对，进

3、一步优化模型网格划分进行有限元模拟，使得模拟结果与真实测量值误差进一步减小。所得结果证明了光纤光栅应变监测和模型有限元分析的可靠性。关键词：光纤光栅；应变监测；振动传感器；有限元分析。分类号：TP212．14’tl‘‘‘一▲ABSTRACTABSTRACT：Comparedwiththetraditionalelectricsensors，opticalfiberBragggratingsellsorhasmanyadvantages，suchasresistanttocorrosion，strongan

4、ti-jammingcapability,lightquality,smallvolume，repeatability,widespreadmonitoring，etc．theseadvantagesmakeitverysuitableforapplicationsinthetrainwheretheenviroIl】=Ilentisverycomplextomonitoringthestrainandvibrationofthekeyparts．ResearchinthefiberBragggratin

5、gstructuralhealthmonitoringsystemtomonitorthetrainnmningcondition，andtoensuresafeoperationofthetrainhasimportantsignificance．Themaincontentsinclude：1·BasedonBraggequationandthetheoryoffibergrating，thetemperatureandstrainsensingcharacteristicoftheFBGhavebe

6、enanalyzed，aswellastheproblemsoftemperaturecompensation．2．DesignakindofFBGvibrationsensorbasedonthecharacteristicsoffibergratingstrainanduniformstrengthcantilever,improvethesensitivityofpurposebyadoptingFBGinparalleltofixedaboveacertainheightofthecantilev

7、erbeam．3．It’SprovedthattheFBGvibrationsensorhasgoodvibrationfrequellcvresponsecharacteristicsthroughthevibrationtest，andit’Ssuitableforlocomotivevibrationmonitoring．4．Establishthemodelofaluminiumalloybeamandmakeafiniteelementanalysis，accordingtotheresults

8、ofanalysistofindthemaximumstrainfatiguefractureandthesiteforthepastedFBGstrainsensors．5·Byapplyingdifferentloadsofaluminumalloybeam，wegetthekeypartststrainvaluebytheFBGstrainsensorsandtheresistancestraingauge．Optimi