壓力容器表面應(yīng)力光纖Bragg光柵的測(cè)量和分析.pdf

1、光纖布喇格光柵(FiberBraggGrating，F(xiàn)BG)是目前最有發(fā)展前途、最具代表性的光纖無(wú)源器件之一。由于它能將被感測(cè)信息，如溫度和應(yīng)力的信號(hào)，轉(zhuǎn)化為反射波長(zhǎng)的偏移，即具有波長(zhǎng)編碼的特性，因而不受光源功率波動(dòng)和系統(tǒng)損耗的影響。另外，光纖光柵具有可靠性好、抗電磁干擾、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，易于將多個(gè)光纖光柵串聯(lián)在一根光纖上構(gòu)成光纖光柵陣列，實(shí)現(xiàn)分布式傳感，這是其他傳感元件無(wú)法比擬的。這種傳感器在大型結(jié)構(gòu)(如水壩、橋梁、重要建筑和飛行器、艦

2、艇等)和特殊場(chǎng)合(如礦井、油田等的壓力容器或壓力管道)的安全監(jiān)測(cè)方面具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是其現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電信號(hào)因而本質(zhì)防爆的特點(diǎn)，近年來(lái)FBG傳感器已經(jīng)越來(lái)越引起人們的重視。 本文的內(nèi)容是壓力容器或壓力管道的表面應(yīng)力測(cè)量。以FBG為對(duì)象，以理論應(yīng)變值為真值，對(duì)比傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片的測(cè)量值，進(jìn)行研究和分析。 首先對(duì)FBG的應(yīng)變傳感特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和研究。用光纖光柵本身吊重物，定量研究了FBG的Bragg波長(zhǎng)和應(yīng)變之間的線性關(guān)系，

3、即標(biāo)定了FBG的特性。 其次推導(dǎo)出該壓力容器表面圓周向(橫向)和軸向應(yīng)變的理論值曲線。 在容器表面粘貼了8個(gè)波分復(fù)用的FBG來(lái)監(jiān)測(cè)加載后容器的軸向和橫向應(yīng)力，同時(shí)在每個(gè)測(cè)量光柵的旁邊各貼上一個(gè)電阻應(yīng)變片，作為對(duì)比。分析了FBG和電應(yīng)變片兩種方法的應(yīng)力測(cè)量結(jié)果，并與理論值進(jìn)行對(duì)比。 考慮到由于光纖軸向受拉會(huì)變細(xì)，影響應(yīng)變測(cè)量的結(jié)果，因此對(duì)受拉應(yīng)力的光柵，使用了補(bǔ)償?shù)霓k法。 在復(fù)雜應(yīng)力條件下，采用簡(jiǎn)化的方法，

4、使之變成純拉應(yīng)力。并對(duì)比分析了受復(fù)雜應(yīng)力的FBG與同一受力情況下采用簡(jiǎn)化受力方式的FBG的應(yīng)變差別。 可以得到以下結(jié)論： 1.在軸向應(yīng)變上：以理論值為真值，F(xiàn)BG的測(cè)量值比應(yīng)變片測(cè)量值精確6﹪。 2.在橫向應(yīng)變上：以理論值為真值，F(xiàn)BG的測(cè)量值與應(yīng)變片測(cè)量值相當(dāng)，精度提高1﹪。 3.受拉FBG補(bǔ)償后的應(yīng)變值比補(bǔ)償前的應(yīng)變值更趨近入理論應(yīng)變值； 4.簡(jiǎn)化應(yīng)力方式的應(yīng)變值比復(fù)雜的應(yīng)力條件下的應(yīng)變值更趨