基于光纖光柵的扭矩傳感關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本課題的主要目的是研制一種適用于船用環(huán)境的光纖光柵大扭矩（20kNm）測(cè)量系統(tǒng)，現(xiàn)階段任務(wù)是在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下搭建一個(gè)小量程（100Nm）的扭矩傳感裝置進(jìn)行光纖光柵傳感特性、組建傳感網(wǎng)絡(luò)、溫度漂移與動(dòng)態(tài)性能關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)言。扭矩測(cè)量在船舶、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用極其廣泛，大扭矩測(cè)量是本領(lǐng)域的技術(shù)前沿，尤其是在特殊、惡劣環(huán)境下應(yīng)用方面，扭矩測(cè)量往往是需要攻克的技術(shù)瓶頸之一。船用環(huán)境是一個(gè)非常復(fù)雜的環(huán)境，總是伴隨著劇烈振動(dòng)、強(qiáng)電磁干擾、高溫高濕甚至可能

2、在水下等惡劣狀況，因此光纖光柵在這種環(huán)境下可以發(fā)揮出其它電學(xué)傳感器無(wú)法發(fā)揮的作用?？紤]到特殊環(huán)境（如高濕）下電類傳感器的局限性（如電火花、漏電等），本課題擬研究一種非電的、適合于水下船用環(huán)境大扭矩測(cè)量、測(cè)試新方法和新系統(tǒng)，研究、掌握核心關(guān)鍵技術(shù)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.從光纖光柵傳感機(jī)理、扭矩測(cè)量原理，溫度補(bǔ)償方案等方面入手，建立了光纖光柵扭矩傳感的數(shù)學(xué)模型，制定了光纖光柵扭矩測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方案；
　　2.搭建了光纖光柵

3、靜態(tài)扭矩傳感系統(tǒng)，其中主要包括了光纖光柵扭矩傳感系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)、敏感元件設(shè)計(jì)與仿真、以及光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)。然后，圍繞傳感器的性能指標(biāo)，以線性度、重復(fù)性為核心，進(jìn)行了一系列的扭矩實(shí)驗(yàn)，并在傳感器上加裝了應(yīng)變片，從而得到了應(yīng)變片與光纖光柵之間的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示，該傳感裝置的扭矩靈敏度為22.98pm/Nm，非線性誤差小于0.23％FS，最大重復(fù)性誤差小于0.28%FS，并在27℃－70℃之間，最大溫度漂移不大于5pm，獲得了良好的

4、溫度補(bǔ)償效果；
　　3.主要介紹了光纖光柵的波分復(fù)用、空分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用以及混合復(fù)用技術(shù)，并闡述了各個(gè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，最終確定了波分復(fù)用、空分復(fù)用相結(jié)合的光纖光柵組建傳感網(wǎng)絡(luò)方案，完成了基于 FBGA模塊的光纖光柵解調(diào)儀的設(shè)計(jì)與搭建。
　　4.本章介紹了光互連技術(shù)在動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量中的應(yīng)用，以及在光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中光互連對(duì)光信號(hào)的影響，分析光信號(hào)在光纖信號(hào)鏈中的損耗與變化，和對(duì)光纖光柵中心波長(zhǎng)漂移的影響，并設(shè)計(jì)了一套基于使用