资源描述：
《封装材料对光纤光栅应变传感器的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、年月航空精密制造技术第卷第期卜月叹心动明劝价’君脚阳口‘技术交流封装材料对光纤光栅应变传感器的影响’刘春红,赵印明,陈爽,张大鹏,宋娜,张宁宁中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所,北京摘要本文设计并制作了两种分别用钦合金和柔性高分子材料封装的光纤布拉格光栅应变传感器,并利用悬臂梁校准装置对两种传感器的应变特性测试。试验结果表明,柔性高分子材料封装传感器的线性度及重复性优于钦合金封装的传感器,但其应变灵敏系数小于钦合金封装传感器的应变灵敏系数。【关键词光纤布拉格光栅应变特性封装材料【中图分类号」咫文献标识码文章编号一一一一,一,,卿,《【」哪肛叮
2、卿眼,「”」鳍脚引言其是剪切能力差,直接将光纤光栅作为传感器在工程实际中遇到了布设工艺上的难题。因此,对裸进近年来随着光纤光栅写入技术的成熟,光纤光栅行封装,是将传感器在实际应用中推广的一个重已进人批量化生产。以光纤光栅为传感元件的光纤传要环节,对于研制满足航空、航天领域需要的体积小、感器以其抗电磁干扰、耐高温、耐腐性强、体积小、复用质量轻传感器具有重要的意义。本文提出了两能力强和能实现准分布式测量等优点在传感领域受到种不同材料封装的光纤布拉格光栅应变传感器,并对了广泛的关注,尤其是它在对航空、航天等的应变和应两种传感器的传感特性进行了对比试验研究。力分
3、布状况进行测量时具有传统传感器电阻应变片无法比拟的优势〔’〕。但由于裸光纤纤细、质脆、尤应变传感原理’国防技术基础资助项目已有研究证明,温度产生的热效应和应变产生的·口《航空精密制造技术》年第卷第期力效应可认为是相互独立的。假设光纤光栅仅受轴向采用如图所示的设计结构,对裸光纤进行封装,应变作用,温度保持不变,轴向应变引起的光栅布拉格封装结构由线切割加工方法加工,尺寸为波长变化为。具体封装方式如下将光栅放入封装结构△二△毋毋△中间凹槽中,通过工装夹持传感器,将光栅两端的光纤均匀轴向应变是指对光纤光栅只受到拉伸或压缩用环氧胶固定在钦合金结构上,制作成金属封装
4、的光应变,则轴向应变可表示为纤光栅应变传感器。二△二△点胶处点胶处利用材料张量凡与应变系数今的关系。二,二毋,则得△了二一△凡淤把式和代人中有钦合金片光姗△入二,一鲁·△、走‘毋,‘··、△·图钦合金封装结构由于切应变为零,应变张量矩阵凡可用轴向应变高分子弹性材料封装传感器。表示为式形式采用如图所示的设计结构,对裸光纤进行封装,二一胭一胭,封装结构由热压成型方法加工,尺寸为、式中声为纤芯材料泊松比。最后得到轴向应变。具体封装方式如下在传感器夹持工装上引起的波长的相对变化为预固定封装结构,将光栅放人封装结构中间凹槽中,从△二一。·中间孔注人流动性好的环氧胶
5、,待胶固化后,制作成柔式中,尸。为有效弹光系数,且性封装的光纤光栅应变传感器。点胶孔。二合奋·〔尸,一尸,,对掺锗石英光纤,有二、,二讲二、‘·,由式可得。二·。则式可写成△二·高分子基底光据由可见,相对波长漂移的应变灵敏系数为,为常数,所以恒温条件下波长漂移与轴图柔性高分子弹性材料封装结构向应变呈理想线性关系。光纤光栅所允许的应变可达到,即当超过时,光纤即发生断裂。试验结果与分析传感器封装试验装置与仪器利用标定后的悬臂梁对两种材料封装的光纤光栅经验表明传感器体积越小,越容易与被测构件紧应变传感器的应变传感特性进行试验。本试验所用的密的结合,作为测试构件
6、应变的传感器对被测构件性光纤光栅波长解调系统为公司的解调仪,能的影响就越小〔’〕,因而就越能真实反应构件的应变。用动态应变放大器测量电阻应变片,试验所用光纤光栅因此,本文设计的两种传感器封装尺寸均比较小。为单模光纤,反射率大于,带宽小于。钦合金材料封装传感器悬臂梁材料是,长,宽,厚。封装材料对光纤光栅应变传感器的影响试验结果分子材料比较软,弹性好,被测件的变形能有效的传递用丙酮和酒精清洗悬臂梁,然后在距离矩形悬臂给光栅。从图、图中可以看出,的重复性优梁根部。处的上表面分别沿轴线方向粘贴两种传于的重复性。三次加载的灵敏系数分别感器和应变片,传感器在悬臂梁上
7、的布设如图所示。为耐林、而卜。、耐林,取平均灵其中采用钦合金金属封装,采用柔性高分敏系数为“林。,的灵敏系数分别为子材料封装。“林。、而卜、耐卜。,取平均灵敏系矩形悬臂梁数为耐林。。由此可看出,的应变灵敏系数高于的灵敏系数。这是由于平均应变传递率随着中间层的弹性模量增大而增大’,钦合金的弹性一一一刁模量大于柔性高分子材料,所以用钦合金封装的传感器的应变灵敏系数高。图传感器布设图实验中通过添加祛码使悬臂梁上表面产生拉应变,结论每次加载田,加到后,进行卸载。每次卸载印,在实验室温度为℃的情况下连续三次加载卸载。由以上试验分析,钦合金封装的应变传感器两种传感器
8、的中心波长与应变的关系如图、图所示,线性和重复性均差于柔性高分子材料封装的应两种
