FBG应变传感器的疲劳性能研究.pdf

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1、2015年第034卷第12期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)13研(}究DOI：i0。13873／J．1000-9787(2015)12-0013-03与探6讨vFBG应变传感器的疲劳性能研究万里冰，李凯旋(北京交通大学机械与电子控制学院，北京100044)摘要：将光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器埋入树脂基复合材料内部，采用试验的方法研究了传感器的疲劳性能。FBG应变监测曲线变化规律符合复合材料层合板疲劳理论，经历10次循环载荷作用过程后，最大应变测量相对误差为111％，保持了良好的应

2、变测试能力和较高的测量精度。实验证明：FBG能够实现对交变应变、应力的监测，具有良好的抗疲劳能力，为重要结构服役过程中的在线损伤监测、剩余寿命预报以及材料破坏失效的预警奠定了重要基础。关键词：光纤布拉格光栅；传感器；疲劳；监测中图分类号：TP212．i文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)12-0013-03ResearchonfatiguepropertyofFBGstrainsensorWANLi-bing，LIKai—xuan(SchoolofMechanicalandElectricalControlEngineerin

3、g，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China)Abstract：FiberBragggrating(FBG)strainsensorsareembeddedinresinmatrixcompositesandfatiguepropertyofFBGisstudiedbyexperiments．ThevariationregularityofstrainmonitoringcurveofFBGsconformstofatiguetheoryofcompositelaminate．andrelati

4、veerrorofthemaximumstrainmeasurementis1．11％after10cyclicloads，maintaingoodstrainmeasurementabilityandhighmeasurementprecision．TheexperimentalresultsshowthatFBGsensorscanrealizealternatestrain，andstressmonitoring，haveexcellentanti-fatiguecapability，whichlayfoundationforonline

5、damagedetection，residuallifepredictionandmaterialdamageandfailurealarm．Keywords：fiberBragggrating(FBG)；sensor；fatigue；monitor0引言劳性能研究具有重要意义。舒岳阶对FBG的应力疲劳理光纤布拉格光栅(fiberBragggrating，FBG)是光纤纤芯论进行了分析和研究，并提出了基于光谱特性改变的疲劳折射率沿光纤轴向呈周期性变化的一种光纤光栅。近些年评价指标J，指标能够评价FBG的疲劳程度，但不便于应来，随着FBG制造技术

6、的成熟，其在通信和传感技术领域用在实际的应变监测中。黄国君则采用实验的方法研究了均得到广泛关注J。在传感技术领域，FBG作为应变传金属封装FBG应变传感器的疲劳可靠性，其实验结果无法感器最为常见。目前，FBG应变传感器的研究和应用已从分辨传感器封装材料和粘接剂的疲劳效应对FBG疲劳性实验室拓展到实际工程领域，国内外学者已经将FBG应变能的影响。AngJ以断裂强度作为评价FBG疲劳寿命的传感器应用到桥梁、大坝、海上石油钻井平台等大型工程设指标，但FBG在疲劳过程中反射光谱即会产生畸变，在疲劳断裂之前就已经丧失传感能力J。施的结构健康监测中，通过实

7、时监测内部应变、应力、裂纹本文从实际应用的角度研究了FBG应变传感器的疲等参数评估结构损伤程度和服役状态l4。相对于传统的劳性能，为其在结构健康监测领域更为广泛深入的应用奠电阻应变片，FBG测量应变时具有抗干扰能力强、绝对值测定了基础。量以及在一路光纤上应用波分复用技术就可以实现分布式1FBG的疲劳性能测试测量等优点，尤为得到科研人员的认可。桥梁、海上钻井平1．1试验方法和步骤台等工程结构在风力或海浪的作用下，需承受交变的载荷，为了获得FBG应变传感器在交变载荷作用下的疲劳因此，对这些结构进行应变、应力监测的FBG自身的疲收稿日期：2015-0

8、3-27基金项目：国家自然科学基金资助项目(11272042)14传感器与微系统第34卷性能，本文将FBG预先埋入树脂基复合材料预浸料铺层3530中，