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封装形式对布拉格光纤光栅表面应变传感性能的影响分析

Impact Analysis on Surface Strain Sensing Properties of FBG Sensors’ Packaging Type

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【作者】 吴俊陈伟民章鹏刘立刘浩

【机构】 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室

【摘要】 布拉格光纤光栅应变传感器的封装形式严重影响光纤光栅的应变测量效果。利用弹性力学方程,分别推导了栅区封装与非栅区封装两种形式应变传递效率K的表达式。通过理论分析发现,为了保证应变传递效果最佳,栅区封装结构中的封装材料弹性模量有个最优值,而非栅区封装结构中的封装材料刚性越大则越理想。利用最新研发的金属化连接工艺将两个镀膜FBG分别采用两种封装形式固定在一根钢丝上,进行了拉伸试验。两种封装形式的拉伸曲线线性度均达到0.99以上。栅区封装FBG的应力感知灵敏度平均值为0.159nm/KN,非栅区封装FBG的应力感知灵敏度平均值为0.1636nm/KN,非栅区封装的结构形式比栅区封装的结构形式应力传递效率高了近2.89%。在传感器封装中应尽量采用非栅区封装的传感器结构形式。

【Abstract】 FBG strain sensors’ package type seriously affects the measured strain results.By using elasticity equations,strain transfer efficiency K of two forms of packaging type were deduced.Through theoretical analysis,in order to ensure the best strain transmission efficiency,packaging material modulus have the optimal value in grating area packaged type,while the greater the more ideal in grating ends packaged type.Fixed two coated FBGs to steel wire of 7mm by latest developed metal connecting technology in two packaging type,and carried ou the tensile test.The linearity of tensile curves of two packaging type were above 0.99.The average strain sensing sensitivity of grating area packaged type was 0.159nm/KN,while the average strain sensing sensitivity of grating ends packaged type was 0.1636nm/KN,the latter is nearly 2.89% more than the former.Grating ends packaged type should be adopted preferentially in sensor packaging.

【基金】 国家科技支撑计划(2007BAE15B04);国家自然科学基金(50975301)
  • 【会议录名称】 中国光学学会2010年光学大会论文集
  • 【会议名称】中国光学学会2010年光学大会
  • 【会议时间】2010-08-23
  • 【会议地点】中国天津
  • 【分类号】TN253;TP212
  • 【主办单位】中国光学学会
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