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1、第33卷第5期2006年5月中国激光CHINESEJOURNALOFLASERSVol.33,No.5May,2006文章编号:025827025(2006)0520641204光纤光栅在金属锈蚀传感中的应用阳莎,耿健新,叶青,蔡海文,瞿荣辉,方祖捷(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)摘要介绍了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)应变敏感特性的金属锈蚀传感器。该器件由光纤光栅、有预应力的钢弹簧和一些机械部件组合而成。组合后的弹簧处于压缩状态。在弹簧弹力的作用下,光纤光栅的峰值波长增长了3.2nm。对该器件进行了加速腐蚀实验:将其放入盐酸环境中
2、,逐日监测光纤光栅峰值波长的变化,发现峰值波长逐渐缩短,说明弹簧的弹性系数随着弹簧的锈蚀而逐渐减小。到弹簧锈蚀断裂,整个锈蚀过程持续了1315h,平均锈蚀速率约5μm/d。实验表明了该传感器在实际应用中的可能性。同时讨论了光纤光栅的温度效应及其他影响其实用性的因素。关键词光学器件;金属锈蚀传感;光纤布拉格光栅;钢丝弹簧;应力平衡中图分类号TP212.14文献标识码AApplicationofFiberBraggGratingsinMonitoringMetalCorrosion222222222YANGSha,GENGJianxin,YEQing,CAIHai
3、wen,QURonghui,FANGZujie(ShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanics,TheChineseAcademyofSciences,Shanghai201800,China)AbstractSensorsformonitoringmetalmaterialscorrosionareofmuchsignificanceforcivilengineeringstructures.ByusingthestrainsensitivecharacteristicsoffiberBragggratings(FBG),
4、ametalcorrosionsensorisproposedanddemonstratedinthispaper.Thedevicewasmadeofafibergrating,asteelspringandsomemechanicalparts,andwaspackagedunderprestrainedconditionofthespring.Thepeakwavelengthofthegratingwasredshiftedby3.2nminstretchstrainandthespringwaspressedafterpackaging.Thedev
5、icewasthenputinanatmospherewithhydrochloricacid.Thepeakwavelengthwasmonitoredeveryday,andwasfoundtobeblueshiftedlittlebylittle;showingtheelasticcoefficientofthespringwasdecreasedgraduallythatwascausedbythecorrosionofthespringmaterial.Theacceleratedcorrosionprocesslasted1315hoursunti
6、lthespringwasbroken,andanaverageetchingratewasestimatedtobe5μm/day.Theexperimentshowedthatthedevicemaybeusedasasensorformetalcorrosionifitisputinthesameambientastheengineeringstructure.TemperatureeffectoftheFBG,frictioninthedeviceandotherfactorsrelatedtoitspracticalusearediscussedin
7、thepaper.Keywordsopticaldevices;metalcorrosionsensor;fiberBragggrating;steelspring;balanceofstress1引言法[2～4]都存在着难于定量监测、制作工艺复杂、成本金属和钢材在环境气氛中会逐渐地发生锈蚀,高的缺点。本文提出一种由光纤光栅和钢弹簧结构组成的器件,通过光纤光栅反射光谱感知结构应力这将严重地影响到现代化基础设施的安全运行[1]。特性的变化,从而为监测环境气氛的影响提供数据。因此,金属材料锈蚀的监测传感是一个急需解决的课题。2原理光纤具有径细、质轻、抗强电磁干扰、
8、抗腐蚀、耐高温、集信息传输与传感于一体
