研究目的
开发一种新颖的方法和机械结构配置,以提高基于光纤布拉格光栅(FBG)的应变传感器的应变灵敏度并实现温度补偿,从而能够在不同温度环境下准确监测小幅度微应变。
研究成果
基于光纤布拉格光栅(FBG)的应变传感器成功提升了应变灵敏度(最高达7.72皮米/微应变),并具备温度补偿功能,其理论计算、有限元模拟与实验结果具有良好的一致性。该传感器能实现应变与温度的精确解耦,适用于变温环境下小幅度微应变的监测,可用于结构健康监测领域。未来工作可聚焦于优化材料特性并扩展测量范围。
研究不足
该理论模型进行了简化处理(例如将杠杆结构视为杆件),导致理论值、有限元模拟结果与实验数据之间存在误差(最高达14.9%)。实际材料属性(弹性模量、热膨胀系数)可能与假设值存在差异,从而影响精度。该传感器的测量范围大致限制在0-225微应变之间,可能不适用于极大应变或极端温度环境。
1:实验设计与方法选择:
本研究设计了一种采用杠杆结构实现应变放大和温度补偿的传感器,基于弹性力学理论和矩阵方法建立理论模型,并通过有限元分析和实验测试进行验证。
2:样本选择与数据来源:
使用304不锈钢和石英纤维等材料制作了尺寸为36×10×1 mm3的传感器样本,在均匀强度悬臂梁和温控环境中采集数据。
3:实验设备与材料清单:
设备包括FBG解调仪(GAUSSIAN OPTICS)、热电偶(Omega5LSC-GG-J-24-36)、均匀强度悬臂梁、温控水箱;材料包括粘合剂(ND353)、不锈钢基底和光纤。
4:6)、均匀强度悬臂梁、温控水箱;材料包括粘合剂(ND353)、不锈钢基底和光纤。
实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:进行应变放大测试时,将传感器粘贴于悬臂梁并施加0-68.6 N力,测量波长偏移量;进行温度传感测试时,将传感器置于温控水箱中,调节温度范围40-70°C并记录波长偏移与温度数据。
5:6 N力,测量波长偏移量;进行温度传感测试时,将传感器置于温控水箱中,调节温度范围40-70°C并记录波长偏移与温度数据。
数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用线性拟合确定灵敏度,运用解耦方程分离应变与温度效应。
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