光纖光柵傳感實(shí)驗(yàn)

《光纖光柵傳感實(shí)驗(yàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、光纖光柵傳感實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟思考練習(xí)實(shí)驗(yàn)的意義1978年加拿大通信研究中心的K.O.Hill等人首次利用駐波法在摻鍺光纖中研究出世界上第一個(gè)永久性的可實(shí)現(xiàn)反向模式間耦合的光纖光柵-光纖布拉格光柵以來(lái)，對(duì)光纖光柵的研究與應(yīng)用得到很大的發(fā)展。應(yīng)變是表征工程結(jié)構(gòu)安全的重要指標(biāo),人們通常通過(guò)檢測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變來(lái)評(píng)估一項(xiàng)工程的健康狀況。光纖光柵傳感器以其靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾、體積小、易于安裝、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),在工程結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饫w光柵

2、傳感器測(cè)量應(yīng)變的原理；掌握光纖光譜儀的使用；測(cè)量等強(qiáng)度梁產(chǎn)生的應(yīng)變，驗(yàn)證光纖光柵傳感器的波長(zhǎng)漂移Δλ與應(yīng)變量Δε成線性關(guān)系；2.實(shí)驗(yàn)原理（1）光纖光柵的光譜特性光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏性是指激光通過(guò)摻雜光纖時(shí)，光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化的特性。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其作用的實(shí)質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的（透射或反射）濾波器或反射鏡。光纖光柵(如圖1所示)是性能優(yōu)良的敏感元件,它通過(guò)柵格反射波長(zhǎng)的移動(dòng)來(lái)感應(yīng)外界物理量的微小變化。圖1光纖光柵結(jié)構(gòu)根據(jù)

3、光纖耦合模理論，當(dāng)寬帶光在光纖光柵中傳輸時(shí),將產(chǎn)生模式耦合,滿足布喇格條件的光被反射:（1）其中,Λ為光柵周期,neff為有效折射率。其余的光將透射過(guò)去，如圖2所示。圖2光纖光柵傳感原理（2）光纖光柵的應(yīng)變當(dāng)光柵周?chē)臏囟?、?yīng)變、應(yīng)力或其他待測(cè)物理量發(fā)生變化時(shí),將導(dǎo)致光柵周期或纖芯折射率發(fā)生變化,從而產(chǎn)生光柵反射波長(zhǎng)的漂移,通過(guò)監(jiān)測(cè)反射波長(zhǎng)漂移情況,即可獲得待測(cè)物理量的變化情況。由應(yīng)變導(dǎo)致反射波長(zhǎng)的變化的關(guān)系式為：（2）其中，P為光纖的有效彈光系數(shù)，Δε為應(yīng)變變化量。通過(guò)在等強(qiáng)度梁末端加載砝碼使之

4、產(chǎn)生應(yīng)變。（3）等強(qiáng)度梁的應(yīng)變公式利用如下公式：（3）計(jì)算等強(qiáng)度梁產(chǎn)生的應(yīng)變。其中h為梁的厚度，l為梁的固定端到自由端的長(zhǎng)度，X為梁的撓度。如圖3所示。blh圖3等強(qiáng)度梁幾何尺寸實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置圖光譜儀FBG傳感器恒溫箱砝碼等強(qiáng)度梁耦合器寬帶光源3.儀器介紹等強(qiáng)度梁試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)加載砝碼產(chǎn)生應(yīng)變光纖光柵應(yīng)力傳感器寬帶光源和直流電源光纖光譜儀耦合器法蘭盤(pán)4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）光纖光柵的光譜特性光譜儀寬帶光源光纖光柵耦合器圖4光譜測(cè)量裝置圖①通過(guò)法蘭盤(pán)、跳線將光纖光柵傳感器、寬帶光源、光纖光譜儀按圖4連接。

5、②設(shè)定光譜儀波長(zhǎng)范圍，掃描光纖光柵光譜曲線。③觀察并記錄峰值波長(zhǎng)、帶寬。（2）光纖光柵的應(yīng)變測(cè)試①測(cè)量等強(qiáng)度強(qiáng)幾何參數(shù)h、l；②將光纖光柵傳感器固定在等強(qiáng)度梁上，記錄此時(shí)光纖光柵的中心波長(zhǎng)。③在梁的末端加載砝碼，每次加載的砝碼重量為250g。測(cè)量并記錄每次加載產(chǎn)生的撓度和光纖光柵反射波長(zhǎng)；④計(jì)算每次加載光纖光柵的波長(zhǎng)漂移，即加載后的波長(zhǎng)與中心波長(zhǎng)的差值。利用公式（3）計(jì)算每次加載產(chǎn)生的應(yīng)變。然后將數(shù)據(jù)記錄在表1中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表h=l=光纖光柵中心波長(zhǎng)序號(hào)123456撓度X(mm)應(yīng)變量Δε(με

6、)反射波長(zhǎng)(nm)波長(zhǎng)漂移(nm)靈敏度(nm/με)5.思考練習(xí)1不受應(yīng)力時(shí)為什么光纖光柵的反射波長(zhǎng)每次測(cè)量會(huì)略微變化，受哪些因素影響？2影響波長(zhǎng)漂移Δλ與應(yīng)變量Δε線性度的實(shí)驗(yàn)誤差有哪些？