光纤光栅动态应变测试实验
光纤光栅应变传感的综合性实验设计
ｚ ５０ｍｉ 一 ８ Ｔ ｔ
６ ７ ． ８ Ｏ １５ ９ ７ ５ ． ２
光纤光栅 中心波 长
１ Ｏ １ ９ １ １５ ９ ７ ２ ５ ． ４ １． ３ ５ １Ｏ ６ ．５ １５ ９ ７ ４ ５． ８ １ ． ６ ５ １ ６ ２ ９ ． １５ ９ ８ ５ ５ ． ３
第２ ５卷
第 ３期
大
学
物
理
实
验
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ３ １２ ．
２１ ０ ２年 ６ 月
ＰＨＹＳ Ｃ Ｉ ＡＬ Ｐ ＥＸ ＥＲＩ ＭＥＮＴ ０Ｆ ＣＯＬＬＥ ＧＥ
Ｊ ｎ ２ １ ｕ．０２
文 章 编 号 ：０ ７２ ３ （ ０ ２０ —０００ １０ —９４ ２ １ ） ３０ ８ —２
光 纤光栅 应 变传 感 的综 合 性 实验 设 计 ＊
龚华平 ， 丛 ， 于梦 ， 曹 屠 董新永
（ 国计 量 学 院 ， 江 杭 州 中 浙 ３０１） １ ０ ８
摘 关 键
要： 利用光纤布拉格光栅 反射 波长对外界应变敏感 的特性 ， 测量等强度悬 臂梁产生 的应变 ， 并 词： 光纤布拉格 光栅 ； 应变传感器 ； 悬臂梁
００ ． ６１
０１４ ． ０ ｌ１Ｐ３ ＿１
０１６ ． ３
０ ７ ．１ ８
０２９ ． ２ ｉ
由此 产 生 的应 变 误差 为 １ ８ ； ． ￡ 挠度 测 量 产生 的
４ 实 验 结 果
文章 采用 光纤 光栅 对等 强度 梁产 生 的应变 进 行 测试 研 究 ， 到 的实 验结果 如 下表 １ 示 。 得 所
误 差 约 为 ０ ２ｍｍ， ． 由此 导 致 的灵 敏 度 误 差 为 ０ ０ ｍ／ ￡气流气 压 挠 动 导致 的波 长 漂 移 误 差 ．２ｐ ； （ 与前 两项 导致 的误差 可 以忽 略不计 ） 。综合 以上 因素 ， 实验误 差 的影 响很小 ， 本对 测量 结果没 有 基 影响。
光纤光栅动态应变测试实验
实验二 光纤光栅动态应变测试实验一、实验目的当简支梁受外载荷情况下，学会用光纤光栅传感器测量其表面某点的应变，加深对光纤光栅动态应变测试的理解。
在实验过程中采集数据，分析并处理数据，并做时域分析。
二、实验设备WS-ZHT2型振动综合教学实验台光纤光栅解调仪光纤光栅焊接机光纤布拉格光栅（FBG ）三、实验原理在材料力学中，由梁弯曲变形的基本公式得：zy =I M σ （1） 矩形截面，惯性矩3z b h I =12（2） 由胡克定律可知：=E σε （3）注：45号钢弹性模量E=209Gpa应力应变引起光栅布拉格波长漂移可以由下式给予描述：()Δεk ΔεPe 1λεΔλεB B =-= （4）式中，Pe 为光纤的弹光系数，εk 为应变ε引起的波长变化的灵敏度系数。
对于带有中心反射波长B λ， 的典型的石英光纤，轴向应变ε和波长漂移B Δλ有如下关系：B Δλ/B λ=0.78ε （5）说明：1nm=103pm 1pm ≈1με四、实验内容与步骤1 测量出简支梁的长宽高以及所测点在的位置，根据公式（1）、（2）、（3），给出在激励F 作用下所测点对应的应变该变量ε，即F 与ε的关系。
2 在静载荷下采集波长，求得波长的平均值0λ3 在同一频率下分别施加F1、F2、F3，分别采集所对应的波长13λλλ、2、，求出波长变化量13λλλ∆∆∆、2、（0=-λλλ∆），然后分别代入（5）式中计算得应变13εεε、2、 3 每一实验小组分别选三个频率，分别在每个频率下施加F1、F2、F3，通过采样、计算后得到应变13εεε、2、。
4 绘出时域上的应变图，进行频谱分析，观察频谱图中频率大小是否与实验中所给频率大小相同，分析时域图中应变变化与力的变化的关系，从而判断实验与理论是否吻合。
五、实验报告要求1 从理论上推导外载荷F 与应变ε之间的关系2 先在静态下求出波长平均值0λ，通过加外载荷实验得到的波长λ，算出变化量λ∆，再转化成应变ε，用EXCEL 或MATLAB 绘制时域图，并分析图形走势3 频谱分析，试着从频谱上观察振动频率，振动幅值。
应变测试方法
应变测试方法电阻应变测试1.电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的外表应变，再根据应力一应变关系确定构件外表应力状态的一种实验应力分析方法。
用电阻应变片测量应变的过程：2.分类：(1)静态测量：对永远恒定的载荷或短时间稳定的载荷的测量。
(2)动态测量：对载荷在2〜1200HZ范围内变化的测量。
3.电阻应变测量方法的优点(1 )测量灵敏度和精度高。
其最小应变读数为1 ^£(微应变，1卩£ =10-6£)在常温测量时精度可达1〜2%(2)测量范围广。
可测1卩£〜20000卩£。
(3)频率响应好。
可以测量从静态到数十万赫的动态应变。
(4)应变片尺寸小，重量轻。
最小的应变片栅长可短到毫米，安装方便，不会影响构件的应力状态。
(5 )测量过程中输出电信号，可制成各种传感器。
(6)可在各种复杂环境下测量。
如高、低温、高速旋转、强磁场等环境测量。
4. 电阻应变测量方法的缺点(1) 只能测量构件的外表应变，而不能测构件的内部应变。
(2) —个应变片只能测构件外表一个点沿某个方向的应变，而不能进行全域性测量。
电阻应变片1.电阻应变片的工作原理由物理学可知：金属导线的电阻率为‘ L R=— A当金属导线沿其轴线方向受力变形时(伸长或缩短) ，电阻值会 随之发生变化(增大或减小)，这种现象就称为 电阻应变效应。
将上式取对数并微分，得：dL dAL A(1 2 )2. 电阻应变片的构造如下图dR 电阻应变片由敏感栅、 引线、基底、盖层、粘结剂 组成。
其构造Jex引箜3.电阻应变片的分类电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片和半导体应变片。
其中金属电阻应变片分为：(1)丝绕式应变片:敏感栅是用直径为〜毫米的铜镍合金或镍铬绕制而成。
优点：基底、盖层均为纸做成，价格廉价，易安装。
缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分_________________(2)短接式应变片:将金属丝平行排成栅状，JxEEj端部用粗丝焊接而成。
基于光纤Bragg光栅的动态应变信号的解调研究
Ｏ ｅ ｉ ｂｓｄ ｏ ｎ ａ ｎｅ ｃ—ｅ ｎｅ （ Ｚ）ｉｅｆ ｏ ｔｒａｄ ｐ ａｅ ｔ ｃ ｉ ｃ ｃｒ ｎ ｈ ｍ ｄｎ ｎ ｓ ａｅ ｎ ｕｂ ｌ ｃｄ ＭａｈＺ ｈ ｄｒ Ｍ・ ｎ ｒ ｒｍｅ ｎ ｈｓ ｒ ｋ ｄ ｅｔ ｕｒ ｔ ｏ ｏｙｅ ａ ｔ ｅ ｅ ａ ｒ ｅ ｔｃｎｑｅ Ｐ Ｄ ） Ｔ ｅｏｈｒ ｓｂｓｄｏ ｎ ａ ｎｅ Ｚ ｉ ｅ ｅ ｍ ｔ ｎ ｈｓ ｇｎｒｔ ａｒ ｒｈｍ ｄｎ ｅｈ ｉｕ （ Ｔ Ｃ ． ｈ ｔｅ ａｅ ｎｕｂ ｌ ｃｄＭ— ｎ ｒ ｒ ｅｅ ａｄｐ ａｅ ｅｅａ ｄｃｒｅ ｏ ｏｙｅ ｉ ａ ｔｆｏ ｒ ｅ ｉ ｔｃｎｑｅ Ｐ Ｃ） Ｔ ｅｖｂａ ｏ ｘｅ ｍ ｎ ｓｓ ｍ ｉ ｓ ｐ ａ ｄ ｔ ｗ ｉ ｓｏ ｄｍ ｄ ｌｉｎ ｓｓ ｍ ａ ｅｈ ｉｕ （ Ｇ ． ｈ ｉｒｔ ｎ ｅｐｒ ｅｔ ｙｔ ｓ ｅ ｕ ｎ ｈ ｔｏｋｎ ｆ ｅ ｏｕａ ｏ ｙｔ ｒ ｉ ｉ ｅ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｅ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｏ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｙ ａ ｉ ｔ ａ ｎｓ ｓ ａ ｃ ｎ ｄ ｍ ｄ ｌ ｔｏ ｆｄ ｎ ｍ ｃ ｓｒ ｉ
ｂ ｓｄ ｏ ａ ｅ ｎ ＦＢＧ
Ｗ ＡＮＧ ｅ ，ＨＵＡＮＧ ｎ－ ｕ Ｗ ｉ Ｙｉ ｇ ｏ，ＦＵ — ｕ Ｌｕ ｈ ａ
３ ０
传感器 与微 系统 （ ｒｎｄｃｒ ｎ ｃｏｙｔ ￣ｈ ｏ ｇ ｓ Ｔａｓｕｅ ｄＭｉ ｓｓ ｍ Ｔｃ ｎｌ ｉ ） ａ ｒ ｅ ｏｅ
２０ ０ ８年 第 ２ ７卷 第 ｌ ２期
基 于光 纤 Ｂ ａ ｇ光栅 的 动态 应 变 信 号 的解 调 研 究 ｒｇ
王 为， 黄银 国，付鲁 华
ｇ ｅ ｎ ｅｅｐｒ ｎａ ｒｓｌ ｈｗｔａ ｔｅｔｅｓ ｎｌｏｎｉ ａ ｏ Ｓ Ｒ）ｓａｏｔ ０ Ｂａｄｔｅｍ ｎｍ ｍ ｉ ｎａｄｔ ｘｅ ｍｅｔ ｕｔｓｏ ｔｈ ｉ ａ ｔ ｏｓ ｒｔ （ Ｎ ｉ ｂｕ ｎ ｉｉ ｕ ｖ ｈ ｉ ｌｅ ｓ ｈ ｈ ｇ ｅ ｉ ８ｄ ｈ
光纤光栅应变传感器二维应变测量方法
光纤光栅应变传感器二维应变测量方法作者：李金娟来源：《无线互联科技》2015年第02期摘要：文章介绍了光纤光栅二维应力传感测量的试验台的准备、光纤光栅的制备、光纤光栅的粘贴、实验仪器、实验过程、光纤光栅测量应变与电阻应变片的测量结果作对比。
实验结果说明利用光纤光栅应变花可以得出与电阻应变花一致的结果。
关键词：光纤光栅；电阻应变片；应变；直角应变花光纤光栅应变花进行二维平面应力测量是通过三个光纤光栅的中心波长的变化来测定应变的，电阻应变片应变花测出的应变值对光纤光栅中心波长进行标定。
所以粘贴时尽可能保证光纤光栅与对应的电阻应变片的测量方位一致。
1 实验台的准备由于本实验需要用多个光纤光栅进行二维应力测量，所以不能使用一般的等强度梁，而是用一个十字架形结构，实际上也是一种等强度梁，不过这种装置有两个等强度梁，分别作为十字架的X轴向和Y轴向，用来施加压力，如图1所示。
这是实验的被测表面的俯视图，表面是由我们用一块马口铁皮做成的。
实验时在X轴、Y 轴方向分别悬挂砝码盘。
砝码的重力通过试验台的等悬梁臂结构拉伸X或者Y方向的铁皮，铁皮的应力的变化引起光纤光栅中心波长的变化，因此为了保证试验的效果，光纤光栅的粘贴必须使光栅光纤紧贴被测表面时同时发生应变。
2 光纤光栅的制备实验台准备好后重要的是制备光纤光栅，本实验使用3只不同中心波长的光纤光栅，串联成直角应变花来测试动态应力的变化，因而需制备3只不同波长的光纤光栅。
由于实验条件的限制，试验室中只有两块相位掩模板，在实验室中只能制备两只光纤光栅，另外一只光纤光栅是已经制备好的光纤光栅。
三只光纤光栅的波长位置分别在：1532nm，1544nm，1548nm处附近。
根据实验条件，组建一个光纤光栅制作系统，制作方法采用目前最有效，也是最流行的相位掩模法，其实验系统如图2所示。
本实验用光纤，是载氢掺锗光敏光纤-普通光纤经过载氢处理（在室温下，压强为107Pa 的容器中，载氢两周左右），使得普通通信光纤的光敏性大大增加，达到写制光栅的要求。
光纤光栅应变传感器测量应变误差分析
孙佃亮 等
之间的关系。通过理论分析，得到了横向效应所引起的测量误差，针对复杂平面应变问题，修正了测量 应变的计算公式，分析了安装角度、安装角度偏差等因素对测量精度的影响，得出：测量误差与安装角 度成近似正弦变化，随着主应变比增大，应变测量误差逐渐减小。该理论为光纤光栅在实际中的应用提 供了理论指导。
收稿日期：2019年2月25日；录用日期：2019年3月13日；发布日期：2019年3月21日
摘
*
要
光纤光栅应变传感器测量应变与实际应变并不相同，为了提高测量精度，需要研究测量应变与实际应变
通讯作者。
文章引用: 孙佃亮, 吴入军, 张晓峰, 陈田, 马雪芬. 光纤光栅应变传感器测量应变误差分析[J]. 仪器与设备, 2019, 7(1): 58-65. DOI: 10.12677/iae.2019.71009
(1)
由公式(1)可知：轴向应变与波长相对变化量成正比关系。然而，光纤光栅在实际测量时，不仅受到 如图 1 所示， 在 x 方向存在单向应变 ε x 的应变场中， 对于光纤 F2， 其承受横向作用， 设 ∆λ λ = K Bε x ， 其中 K B 为光栅的横向灵敏系数，对于光纤光栅 F1，存在： ∆λL = λ K L ε x ，其中 KL 为光栅的轴向灵敏系 数。假设 H 为横向灵敏系数与轴向灵敏系数之比，则存在公式(2)：
Open Access
1. 引言
光纤光栅应变传感器是随着通信技术的发展而发展起来的， 由于光纤光栅应变传感器同传统的机械、 电子类传感器相比，具有体积小、质量轻、抗电磁干扰等诸多优点，其在航空航天、医疗器械、土木工 程等诸多领域都得到了广泛的应用[1] [2]。 在光纤光栅应变传感器的实际应变测量时，主要利用了光纤光栅的轴向应变的灵敏性，没有考虑 光纤光栅横向效应对光纤光栅反射波长的影响，即认为光纤光栅受到的横向应变对反射波长无影响。 通过资料调研[3] [4，因此，如果 不考虑横向效应的影响，将会对光纤光栅测量结构造成一定的误差[5] [6]。苏晨辉[7]等人对表面粘贴 式光纤光栅传感器的应变传递机理进行了研究，张俊康[8]、梅钰洁[9]研究了光纤光栅传感器在螺旋管 和蒙皮中的测试技术，孙媛凯 [10]等人对光纤光栅传感器进行了实验标定，实验证明具有良好的线性 度和精度。 本文首次综合考虑了光纤光栅应变传感器横向效应、安装角度、安装角度偏差等因素对测量应变的 影响，并得到了安装角度和安装角度偏差对测量应变的关系表达式，对光纤光栅应变传感器的实际应用 具有很好的指导意义。
光纤光栅应变传感器的研制及应用
光纤光栅应变传感器的研制及应用一、本文概述光纤光栅应变传感器，作为一种新型的光纤传感器技术，近年来在多个领域展现出了广阔的应用前景。
本文将全面探讨光纤光栅应变传感器的研制过程、技术原理、性能特点以及在多个领域的应用实践。
文章首先将对光纤光栅应变传感器的基本概念进行介绍，阐述其相较于传统应变传感器的优势与特点。
随后，将详细介绍光纤光栅应变传感器的研制过程，包括其设计思路、制作工艺、封装技术等关键环节。
文章还将对光纤光栅应变传感器的性能进行全面分析，包括其灵敏度、测量范围、稳定性等关键指标。
在应用实践部分，本文将重点介绍光纤光栅应变传感器在土木工程结构健康监测、航空航天器结构应变测量、以及智能材料与结构健康监测等领域的应用案例，展示其在实际工程中的应用效果与潜力。
通过本文的阐述，旨在为读者提供光纤光栅应变传感器研制及应用方面的全面、深入的理解，为其在相关领域的研究与应用提供有益的参考与借鉴。
二、光纤光栅应变传感器的基本原理光纤光栅应变传感器是一种基于光纤光栅效应的高精度测量设备。
其基本原理是，当一束特定波长的光波在光纤中传播时，由于光纤内部的光栅结构，光波会发生反射，形成特定的光栅光谱。
当光纤受到外部应变作用时，光栅结构会发生变化，进而引起光栅光谱的波长移动。
这种波长移动与应变成线性关系，通过精确测量波长移动量，就可以推算出光纤所受的应变大小。
光纤光栅应变传感器具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，因此在工程结构健康监测、航空航天、桥梁隧道安全检测等领域有广泛的应用前景。
同时，随着光纤光栅制作技术和解调技术的不断发展，光纤光栅应变传感器的测量精度和稳定性也在不断提高，为各类复杂工程结构的安全监测提供了有力的技术支持。
三、光纤光栅应变传感器的设计与制造光纤光栅应变传感器的设计与制造是确保传感器性能稳定和精确的关键环节。
在设计阶段，我们需要充分考虑应变传感器的实际应用环境和需求，如温度、压力、湿度等环境因素，以及测量精度、响应速度、稳定性等性能要求。
基于光纤光栅传感器的湿法缠绕包覆工艺中固体推进剂药柱动态应变测试技术
第４５卷第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀固体火箭技术ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．３２０２２基于光纤光栅传感器的湿法缠绕包覆工艺中固体推进剂药柱动态应变测试技术①李宝星，舒慧明，朱佳佳，王㊀中，李宏岩（西安近代化学研究所，西安㊀７１００６５）㊀㊀摘要：为研究固体推进剂在湿法缠绕包覆工艺过程中的应变特性，基于光纤光栅传感器，搭建了固体推进剂药柱在连续缠绕包覆中的动态应变测试系统，以实现对压伸成型的改性双基推进剂在湿法缠绕包覆工艺中的动态应变进行测试，分析了不同缠绕层数下的药柱受到的应变情况和固化过程的应变特性及其原因㊂结果表明，基于光纤光栅传感器的固体推进剂药柱湿法缠绕包覆工艺中动态应变测试技术，能够准确测试出湿法包覆缠绕工艺中固体推进剂所受到应变的变化特性，恒定的缠绕张力和送纱速率作用下，当前缠绕层会对已缠绕层的张力产生一定的放松作用，表现出 放松效应 ；固化过程中树脂放热和降温时的收缩是导致药柱表面产生应变的主要因素；在整个工艺中，推进剂药柱表面受到的应变均在其结构最大破坏应变２．５％范围内，能够满足湿法纤维缠绕包覆工艺㊂基于光纤光栅传感器的固体推进剂药柱湿法缠绕包覆工艺中动态应变测试技术，可为推进剂药柱在湿法纤维缠绕包覆工艺中受到的动态应变特性研究提供有利的技术支撑㊂关键词：推进剂药柱；湿法缠绕包覆；光纤光栅传感器；动态应变；放松效应中图分类号：Ｖ４３５㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００６⁃２７９３（２０２２）０３⁃０４６０⁃０７ＤＯＩ：１０．７６７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃２７９３．２０２２．０３．０１９ＦＢＧｓｅｎｓｏｒ⁃ｂａｓｅｄｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｏｌｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｇｒａｉｎｉｎｗｅｔ⁃ｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓＬＩＢａｏｘｉｎｇ，ＳＨＵＨｕｍｉｎｇ，ＺＨＵＪｉａｊｉａ，ＷＡＮＧＺｈｏｎｇ，ＬＩＨｏｎｇｙａｎ（Ｘｉ＇ａｎＭｏｄｅｒｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ＇ａｎ㊀７１００６５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｓｔｒａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｌｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｉｎｗｅｔ⁃ｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ａｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｏｌｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｇｒａｉｎｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｆｉｂｅｒｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）ｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｏｆｍｏｄｉｆｉｄｏｕｂｌｅｂａｓｅｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｆｏｒｍｅｄｂｙｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｅｘｔｅｎｓｉｏｎｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｉｎｔｈｅｗｅｔ⁃ｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｇｒａｉｎｓｔｒａｉｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｉｎｄｉｎｇｌａｙｅｒｓａｎｄｔｈｅｓｔｒａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｄｕｒｉｎｇｃｕｒｉｎｇａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｒｃａｕｓｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＦＢＧｓｅｎｓｏｒ⁃ｂａｓｅｄｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｏｌｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｇｒａｉｎｉｎｔｈｅｗｅｔ⁃ｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｃａｎａｃ⁃ｃｕｒａｔｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｓｔｒａｉｎｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｌｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｉｎｔｈｅｗｅｔ⁃ｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｗｉｎｄ⁃ｉｎｇｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｙａｒｎｆｅｅｄｉｎｇｒａｔｅ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｗｉｎｄｉｎｇｌａｙｅｒｈａｓａｃｅｒｔａｉｎｒｅｌａｘａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｗｏｕｎｄｌａｙｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｓｃａｌｌｅｄ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｈｅａｔｒｅｌｅａｓｅｏｆｒｅｓｉｎａｎｄｓｈｒｉｎｋａｇｅａｓｃｏｏｌｉｎｇａｒｅｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｃａｕｓｉｎｇｓｔｒａｉｎｏｎｔｈｅｇｒａｉｎｓｕｒｆａｃｅ．Ｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｓｔｒａｉｎｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｇｒａｉｎｉｓｗｉｔｈｉｎ２．５％ｏｆｉｔｓｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｆａｉｌｕｒｅｓｔｒａｉｎ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｗｅｔ⁃ｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｉｎｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｈｅＦＢＧｓｅｎｓｏｒ⁃ｂａｓｅｄｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅ⁃ｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｏｌｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｇｒａｉｎｉｎｗｅｔ⁃ｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｆａｖｏｒａｂｌｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｇｒａｉｎｉｎｗｅｔ⁃ｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｇｒａｉｎ；ｗｅｔ⁃ｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ；ｆｉｂｅｒｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒ；ｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎ；ｒｅｌａｘａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ０６４ ①收稿日期：２０２１⁃０６⁃０５；修回日期：２０２２⁃０１⁃１７㊂基金项目：国家国防科技工业局基础产品创新科研项目㊂作者简介：李宝星（１９９０ ），男，博士，从事特种动力技术研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｂｘｎｊｕｓｔ＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：舒慧明（１９７９ ），男，副研究员，从事固体推进剂装药技术研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｎｗｕ＿ｓｈｕ＠１２６．ｃｏｍ０㊀引言湿法带药缠绕包覆技术是在粘结剂辅助下，通过自动化方式，将连续的纤维包覆材料缠绕于固体推进剂药柱表面，起到承压㊁隔热和限燃的作用㊂湿法缠绕包覆技术具有机械化㊁连续化生产的优势，是实现批量化制备中小型导弹装药包覆的重要手段［１－２］，由此可增加中小型导弹动力装置的生产效率，同时增加推进剂的装填系数，减重效果明显，具有十分巨大的发展潜力［３－４］㊂固体推进剂药柱在进行湿法缠绕包覆过程中，须对缠绕纤维施加一定的张力，以保证纤维缠绕层的成型质量，同时纤维会给推进剂药柱施加一定压力，从而产生预应力，当预应力作用超过推进剂药柱本体的屈服强度时，推进剂药柱内部结构将造成破坏，从而导致缠绕包覆产品结构失效㊂然而，预应力的大小和湿法纤维缠绕包覆工艺参数密切相关，由于纤维缠绕过程属于旋转动态的，同时纤维与药柱表面经历了多次摩擦，对准确掌握推进剂药柱受到的预应力带来很大困难㊂目前，固体推进剂药柱在缠绕机上的动态缠绕包覆过程中的应变测试尚未形成切实有效的测试方法㊂主要存在以下两方面问题：一方面，常规应变传感器尺寸过大，难以与圆柱形推进剂药表面贴合，同时对纤维缠绕型面造成一定影响；另一方面，推进剂药柱缠绕包覆过程中转速超过１００ｒ／ｍｉｎ，在高速旋转动态过程推进剂药柱应变采集信号的传递与储存也是十分困难㊂基于上述问题本文尝试采用光纤光栅传感器（简称ＦＢＧ传感器）对推进剂药柱表面所产生的应变进行测量，并采用光纤滑环解决高速旋转动态应变测试问题㊂目前，ＦＢＧ传感器已经广泛应用于材料的应变㊁温度㊁固化度㊁振动㊁损伤与断裂等实时的监测［５－７］㊂在应变测试方面，张焘等［８］利用光纤光栅传感器在固体发动机药柱结构温度载荷响应测试中的应用进行了研究，植入式光纤光栅传感器可以实现对固体推进剂的内部温度场和应变场的实时在线监检测，且测量一致性很好，可实现推进剂药柱内部结构监测㊂余尚江等［９］通过将光纤光栅传感器埋入混凝土中，在冲击条件下对混凝土试件的应变进行测试㊂结果表明，采用埋入光纤传感器来实现混凝土结构内应变的直接测量可行㊂章征林等［１０］在混凝土的内爆炸试验中，利用光纤光栅传感器技术对混凝土表面的应变进行了测量㊂丰雷等［１１］为直观评估炸药的性能，设计了相关的测试系统对高强度壳体中的炸药爆炸应变进行了测量㊂张焘等［１２］利用光纤光栅传感器，对固体推进剂内部的应变进行了测量，获得了固体推进剂内部的应变变化规律㊂范微等［１３］研制了一种基于ＦＰＧＡ的推进剂药柱大应变存储试验装置，用于测试模拟发动机发射过载条件下推进剂药柱的应变情况㊂综上，ＦＢＧ传感器在应变测试方面得到了充分的应用，其可行性得到证实㊂然而，针对推进剂药柱缠绕包覆过程中动态应变特性的研究十分鲜见㊂本文采用ＦＢＧ传感器㊁光纤滑环㊁专用工装和光纤光栅解调仪搭建推进剂在缠绕包覆及纤维固化过程中的旋转动态应变测试系统，研究推进剂药柱在缠绕包覆过程受到纤维张力以及固化应力给推进剂带来的应变，解决固体推进剂药柱湿法缠绕包覆过程中的应变测试问题㊂１㊀光纤光栅传感器测试原理光纤光栅是利用掺杂光纤的紫外光敏特性，通过空间周期性强紫外激光照射使外界入射光子和纤芯里面的掺杂粒子相互作用，使纤芯形成折射率沿轴向非周期性或周期性分布的结构，从而形成空间相位光栅㊂ＦＢＧ结构如图１所示，其中，内层为纤芯结构，外层为包层结构，纤芯的折射率比包层的折射率稍大㊂图１中，Λ为光栅的周期，当光波通过ＦＢＧ传感器时，满足特定波长的光被光纤光栅反射回去，其他波长的光则会透过㊂Incident light Incident spectrum Re flected lightIλIFiber coreCladdingGratingΛTransmission spectrumTransmitted lightIλ图１㊀光纤光栅传感器安装结构示意图Ｆｉｇ．１㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＦＢＧｓｅｎｓｏｒ１６４ ２０２２年６月李宝星，等：基于光纤光栅传感器的湿法缠绕包覆工艺中固体推进剂药柱动态应变测试技术第３期㊀㊀根据光纤耦合理论，光纤光栅的谐振方程为λＢ＝２ｎｅｆｆΛ（１）式中㊀λＢ为光纤光栅中心波长；ｎｅｆｆ为纤芯有效折射率；Λ为光栅周期㊂由此可知，光纤光栅中心波长由其纤芯有效值折射律和光纤光栅周期共同决定㊂对式（１）微分可得ΔλＢ＝２ΔｎｅｆｆΛ＋２ｎｅｆｆΔΛ（２）㊀㊀由式（２）可知，ｎｅｆｆ或Λ改变时，光纤光栅中心波长会发生漂移㊂光纤光栅在温度变化和应力（应变）变化条件下，相应会发生伸长或缩短（如图２所示），均会影响光栅周期，从而导致光纤光栅中心波长会发生漂移㊂图２㊀光纤光栅周期变化示意图Ｆｉｇ．２㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｅｒｉｏｄｃｈａｎｇｅｏｆＦＢＧ㊀㊀（１）应变（力）影响规律无论是对光栅进行拉伸还是压缩，均会导致光栅周期Λ发生变化㊂此外，光纤本身具有的弹光效应决定了其有效折射率ｎｅｆｆ必随外界应力状态的变化而变化㊂在忽略外界温度的影响，应力㊁应变引起光纤光栅中心波长漂移ΔλＢｇ可表示为［１５］ΔλＢｇ＝（１－Ｐｅ）㊃ε㊃λＢｇ＝Ｋ㊃ε㊃λＢｇ（３）式中㊀Ｐｅ为ＦＢＧ的弹光系数；Ｋ为测量应变的灵敏度；ε为应变㊂（２）温度影响规律温度变化引起光纤光栅中心波长漂移ΔλＢＴ可用表示为［１５］ΔλＢＴ＝λＢＴＫＴΔＴ＝λＢＴ（α＋ξ）ΔＴ（４）式中㊀α为ＦＢＧ的热膨胀系数；ξ为ＦＢＧ的热光系数㊂在不同温度环境下，采用光纤光栅温度补偿传感器可以克服温度对应变测量的影响㊂２㊀旋转动态应变测试系统通过搭建旋转动态应变测试系统对湿法缠绕包覆的连续旋转工艺中推进剂药柱受到的应变实时监测，测试系统的组成如图３所示，包括光纤（光纤上可含多个ＦＢＧ传感器）㊁光纤滑环和滑环固定装置㊁调制解调器以及数据采集装置㊂其中，光纤及光纤滑环的连接示意图如图４所示，首先将刻有光纤传感器的光纤布设在药柱表面，光纤传感器的安装方向与推进剂药柱的轴向平行，距离推进剂近端１００ｍｍ，位置如图中箭头所示，ＦＢＧ传感器安装位置处涂上一层薄薄的粘结剂，用于固定ＦＢＧ传感器器；光纤则是从连接杆中心穿出，并与连接杆固定在一起，通过光纤滑环两端完成光纤连接，使得光纤的一段连接ＦＢＧ传感器，另一端连接采集调制解调器，由此完成信号的传输㊂光纤及光纤滑环连接好后，将推进剂药柱旋转轴的两端固定在缠绕机左右气动卡盘上，使推进剂药柱随着缠绕旋转速度进行旋转㊂在缠绕过程中，利用光纤滑环的定子和转子来确保旋转轴和推进剂药柱上的纤维跟随者旋转轴同步旋转，则与调制解调器连接的纤维保持不动，同时确保信号传输的可靠稳定㊂测试系统和缠绕系统调试完毕，即具备固体推进剂湿法缠绕包覆工艺中的动态应变测试条件㊂Propellant grain/winding machineFiber slip ring/tooling Acquisition/ModenData processing and analysis图３㊀旋转动态应变测试系统示意图Ｆｉｇ．３㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍFiberSlip ringSlip ringSlip ring rotor end图４㊀光纤及光纤滑环连接示意图Ｆｉｇ．４㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｆｉｂｅｒａｎｄｆｉｂｅｒｓｌｉｐｒｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ㊀㊀光纤滑环的结构如图５所示，为光纤与光纤直接对接耦合结构，图中定子为固定端，转子为旋转端，转子的一端设于定子内并相对于定子旋转㊂在定子和转子之间设有两个轴承㊂定子的另一端设有用于固定轴承的端盖，转子的一端设有用于固定轴承的螺母，端盖与下部的轴承抵接，螺母与上部的轴承抵接㊂在两个轴承之间设有内隔环和外隔环㊂转子的另一端设有用２６４ ２０２２年６月固体火箭技术第４５卷于调节光纤在转子内位置的修切环㊂光纤传感测试原理图如图６所示，光纤光栅传感系统包括传感部分和解调部分㊂ＦＢＧ传感器埋入被测物体表面，由光纤作为光波传输通道，传感过程是通过外界参量对光纤光栅中心波长的调制来实现，而解调过程恰好相反，是将反射波长的变化量转化为未知的外界参量信息的过程㊂不同中心波长的ＦＢＧ传感器组成传感，感应待测结构沿线分布各点的应力应变，并使它们的反射光波长发生改变；不同的改变的反射光经传输光纤从测量现场传出，通过光纤光栅解调器探测其波长改变量的大小，并将它们转换成电信号；并输出给ＰＣ机进行数据处理和分析，对待测结构各个测点的应力应变大小统计㊂图５㊀光纤滑环组成结构示意图Ｆｉｇ．５㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｆｉｂｅｒｓｌｉｐｒｉｎｇ图６㊀传感测试原理图Ｆｉｇ．６㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｅｎｓｉｎｇｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ㊀㊀调制解调器选用ｓｍ１３０型光纤光栅解调仪，测试性能参数如下：光通道数４个；波长１５１０ １５９０ｎｍ；波长稳定性２ｐｍ；波长重复性１ｐｍ；传感器最大容量２０个；工作温度０ ５０ħ㊂光纤光栅传感器性能参数：工作温度－４０１２０ħ；检测范围０ １００００με；波长范围１５１０ １５９０ｎｍ；接口ｆｃ／ａｐｃ；测量误差在５％范围内㊂本文试验选用ＦＯ１００Ａ系列单通道光纤滑环，可３６０ʎ不受限制的连续或断续旋转，同时满足大量的数据和信号的传输，且在动态旋转过程中具有良好的机械性能㊂在测试过程中，为了降低插入损耗，选择使用其单模测试类型，该系列单通道光纤滑环性能参数如表１所示㊂表１㊀ＦＯ１００Ａ系列单通道光纤滑环性能参数Ｔａｂｌｅ１㊀ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＦＯ１００ＡｓｅｒｉｅｓｓｉｎｇｌｅｃｈａｎｎｅｌｆｉｂｅｒｓｌｉｐｒｉｎｇＰａｒａｍｅｔｅｒＰａｒａｍｅｔｅｒｉｎｄｅｘＢａｎｄｗｉｄｔｈ／ｎｍʃ５０Ｍａｘｉｍｕｍｉｎｓｅｒｔｉｏｎｌｏｓｓ（２３ħ）／ｄＢɤ０．６Ｒｅｔｕｒｎｌｏｓｓ／ｄＢȡ５５（ｅｘｃｌｕｄｉｎｇｊｏｉｎｔｓ）Ｍａｘｉｍｕｍｉｎｐｕｔｐｏｗｅｒ／Ｗ０．５Ｍａｘｉｍｕｍｓｐｅｅｄ／（ｒ／ｍｉｎ）２０００㊀㊀在推进剂药柱湿法缠绕包覆工艺，旋转动态应变测试系统中采用光纤光栅传感器与常规的应变片传感器相比，具有以下优点：（１）光纤光栅结构简单，尺寸较小，易于埋入或附着结构体表面，可满足更细微结构的测试；（２）光纤光栅传感频带宽㊁动态范围大而且测量精度和灵敏度高；（３）通过光纤滑环将传感信号连通，满足转动的药柱表面应变的测量，而常规应变传感器的连接方式难以满足㊂３㊀旋转缠绕动态应变测试旋转动态应变测试涉及主要原料与设备有：ＥＰ⁃１７０环氧树脂，陕西太航阻火聚合物有限公司；Ｔ７００碳纤维，日本东丽；数控纤维缠绕机（非标）㊂本次测试固体推进剂药柱为压伸成型工艺改性双基推进剂药柱，试样外径为６５ｍｍ，在慢速压缩试验中该推进剂药柱结构最大破坏应变值为２．５％㊂在湿法纤维缠绕过程中采用１２Ｋ单束纤维，数控纤维缠绕机转速为６．２８ｒａｄ／ｓ，Ｚ轴方向移动速度为６ｍｍ／ｓ，纤维缠绕张力设置为３５Ｎ，纤维的带宽为６ｍｍ，纤维输送速度根据纤维缠绕中设置的张力㊁缠绕机转速以及Ｚ轴方向上的移动速度进行自适应调整㊂在缠绕过程中，设置了螺旋缠绕（缠绕角为３０ʎ）和环向缠绕（缠绕角为９０ʎ）各２层，顺序为螺旋缠绕ң环向缠绕ң螺旋缠绕ң环向缠绕㊂为了排除光纤传感器安装的影响，光纤传感器采用３００ｍｍ长裸光纤，推进剂药柱两端均与缠绕旋转轴固３６４ ２０２２年６月李宝星，等：基于光纤光栅传感器的湿法缠绕包覆工艺中固体推进剂药柱动态应变测试技术第３期定，通过光纤滑环，可跟随缠绕轴的旋转速度一起旋转，以避免纤维在缠绕过程中与推进剂药柱发生相对偏转㊂由于应变测量时，ＦＢＧ传感器对温度较敏感，因此在测试过程中，采用辅助光纤传感器（置于同样带胶纤维静态环境中）进行温度补偿，以确保测试结果的准确性㊂在该工况条件下，在不同层数的缠绕包覆下推进剂表面受到的应变变化情况如图７和表２所示㊂其中，ε为微应变（με），其数值大小为１０－６，第一层螺旋缠绕对药柱表面产生的平均应变约为３０．９ε（该应变为压缩应变，且为相对值）；第二层环向缠绕对药柱表面产生的平均应变约为１６２．４ε；第三层螺旋缠绕对药柱表面产生的平均应变约为２７８．０ε；第四层环向缠绕对药柱表面产生的平均应变约为２０９．４ε㊂4003002001000-100100150200250300350t /min125 min163 min288 minNo.1No.2No.3No.4ε图７㊀不同层下推进剂缠绕包覆过程中的应变时程曲线Ｆｉｇ．７㊀Ｓｔｒａｉｎｔｉｍｅ⁃ｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｙｅｒｓ表２㊀推进剂在不同缠绕包覆层数下的平均应变Ｔａｂｌｅ２㊀ＡｖｅｒａｇｅｓｔｒａｉｎｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｕｍｂｅｒｏｆｗｉｎｄｉｎｇｌａｙｅｒｓＮｕｍｂｅｒｏｆｗｉｎｄｉｎｇｌａｙｅｒｓＡｖｅｒａｇｅｓｔｒａｉｎ／ε１３０．９ʃ１．５２１６２．４ʃ８．１３２７８．０ʃ１３．９４２０９．４ʃ１０．５㊀㊀由测试结果可知，纤维缠绕在每层缠绕结束后，由于纤维截断张力消失，同时旋转停下来，向心力也消失后，应变值会出现明显下降，第一层到第二层下降约１３０ε，第二层到第三层下降约１４０ε，第三层到第四层下降约１６０ε；在前三层缠绕过程中，药柱表面应变表现为累积增加，第一层到第二层增加约１３０ε，第二层到第三层增加约１２０ε；第四层缠绕后，药柱表面最终应变值未超过第三层缠绕时候的应变值㊂主要是在缠绕过程中，采用的是恒张力模式进行缠绕，即各层施加的纤维张力是一致的，第四层环向缠绕层会对已缠绕层的张力产生一定的放松作用，从而出现缠绕第四层后的实时应变小于第三层缠完后的应变，该现象称之为 放松效应 ［１４］㊂光纤传感器位于药柱的表面，且固定于药柱表面，与第一层纤维紧贴，由于第一层纤维出现松弛，使得药柱表面受到的应力有所缓解，从而出现缠绕第四层时推进剂药柱表面产生的应变小于缠绕第三层时的应变㊂４㊀固化过程中的应变测试纤维缠绕完成后，环氧树脂在固化过程中会出现收缩现象，这会导致复合材料壳体在固化成型过程中会产生热应力和固化收缩应力，为防止出现缠绕固化应力过大而破坏药柱的结构完整性，除了设计固化收缩率小的室温固化环氧树脂外，对固化过程的药柱进行实时监测获取固化工艺过程的真实应变尤为重要㊂固体推进剂药柱完成４层纤维缠绕后，将缠绕机调整为主轴１０ｒａｄ／ｍｉｎ缓慢旋转，继续跟踪药柱在缠绕层固化过程中的应变㊂固化过程是在自然环境温度２０ħ条件下完成的，在该过程中推进剂药柱表面进一步受到的应变变化情况如图８所示㊂ε图８㊀固化过程推进剂药柱表面应变时程曲线Ｆｉｇ．８㊀Ｓｕｒｆａｃｅｓｔｒａｉｎｔｉｍｅ⁃ｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｇｒａｉｎｄｕｒｉｎｇｃｕｒｉｎｇ㊀㊀从应变变化结果，环氧树脂从胶凝到安全固化结束持续时间超过３３ｈ，主要经历三个阶段：第一阶段为初始固化反应阶段，这个阶段固化反应放出大量热，热传导导致材料膨胀变形，使得药柱表面产生快速应变，由１００．５ε增加至１８５．３ε（该应变属于压缩应变）；第二阶段，随着固化度增加，固化反应放热量减慢，药柱表面温度也随之降低，导致药柱表面应变略微降低，由１８５．３ε减至１５８．８ε；第三阶段为后固化阶段，固化反４６４ ２０２２年６月固体火箭技术第４５卷应放热量更加小，缠绕层温度逐步降低至室温，药柱表面应变也呈逐步增大趋势，由１５８．８ε升至最高２１４．８ε㊂固体推进剂药柱通过湿法纤维缠绕完成后的固化过程涉及物理变化和化学变化，其本质是树脂发生化学反应体积收缩并放出热量㊂在内热源和外界环境温度的共同作用下，复合材料内部产生了复杂的温度梯度和固化度梯度，温度梯度引起不均匀的热变形，不均匀的热变形导致热应变，热应变导致热应力㊂在第一阶段，纤维上的树脂快速反应速率和释放热量逐渐增大，引起药柱表面快速应变逐渐增大；随着固化时间的增加，固化度增加，固化反应和释放热量降低，使得药柱表面应变得到缓解；随后进入第三阶段，固化速率开始减小，固化放热量减少，纤维缠绕层接近自然温度，固化度进一步增大，树脂的体积收缩，纤维缠绕材料在固化作用下产生化学收缩应力使材料逐渐发生化学收缩变形，从而引起药柱表面的应变再次逐渐增大㊂为更详细了解树脂室温固化的反应历程，试验采用了ＧＳＡ红外光谱仪对树脂固化过程中的近红外光谱吸收变化情况进行了在线检测，结果如图９所示，得到纯树脂固化反应周期在４６０ｍｉｎ左右，与应变测试对应的第一阶段时间５５０ｍｉｎ较为接近，从侧面也证实了固化反应放热量主要集中在这个阶段㊂M B S D v a l u et /h图９㊀缠绕包覆用的树脂固化过程中近红外光谱吸收变化情况Ｆｉｇ．９㊀Ｃｈａｎｇｅｓｉｎｎｅａｒ⁃ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒａｌａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｕｒｉｎｇｏｆｒｅｓｉｎｓｆｏｒｗｉｎｄｉｎｇ５㊀结论（１）首次尝试使用光纤光栅传感器对湿法包覆缠绕固体推进剂的应变实现动态测试，测试结果能够真实准确反映出湿法包覆缠绕工艺中固体推进剂所受到应变的变化特性㊂（２）在缠绕包覆过程中，恒定的缠绕张力和送纱速率条件下，当前缠绕层会对已缠绕层的张力产生一定的放松作用，表现出 放松效应 ；固化过程中树脂放热和降温时的收缩是导致药柱表面产生应变的主要因素㊂（３）在整个湿法缠绕包覆工艺中，推进剂药柱表面受到的应变均在其结构最大破坏应变２．５％范围内，压伸成型的改性双基推进剂药柱能够满足湿法纤维缠绕包覆工艺㊂通过基于光纤光栅传感器的固体推进剂药柱湿法缠绕包覆工艺中动态应变测试技术，可为推进剂药柱在湿法纤维缠绕包覆工艺实施过程的应变特性研究提供有利的技术支撑㊂参考文献：［１］㊀房雷．复合材料壳体在空空导弹固体火箭发动机中的应用研究［Ｊ］．航空兵器，２０１３（２）：４２⁃４５．ＦＡＮＧＬｅｉ．Ｓｔｕｄｙｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃａｓｅｉｎｓｏｌｉｄｒｏｃｋｅｔｍｏｔｏｒｉｎａｉｒｂｏｒｎｅｍｉｓｓｉｌｅ［Ｊ］．ＡｅｒｏＷｅａｐｏｎｒｙ，２０１３（２）：４２⁃４５．［２］㊀杜善义．先进复合材料与航空航天［Ｊ］．复合材料学报，２００７，２４（１）：１⁃１２．ＤＵＳｈａｎｙｉ．Ａｄｖａｎｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌａｎｄａｅｒｏｓｐａｃｅｅｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＡｃｔａＭａｔｅｉｒｅＣｏｍｐｏｓｉｔａｅＳｉｎｉｃａ，２００７，２４（１）：１⁃１２．［３］㊀ＴＲＩＣＯＴＪ．Ｗｒａｐ⁃ｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃａｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｕｐｅｒ５３０Ｄ⁃ｔａｃｔｉｃａｌｍｏｔｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｃ］／／ＡＩＡＡ２４ｔｈＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＣｏｎ⁃ｆｅｒｅｎｃｅ，Ｂｏｓｔｏｎ，ＵＳＡ，Ｊｕｌｙ１１⁃１３，１９８８．［４］㊀ＧＩＡＶＯＴＴＯＶ，ＤＥＦＰａｓｑｕａｌｅ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｉｎｔｅｇｒａｌｗｏｕｎｄｃａｓｅｆｏｒｓｍａｌｌｓｏｌｉｄｒｏｃｋｅｔｓ［Ｃ］／／ＡＩＡＡ２５ｔｈＪｏｉｎｔＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｍｏｎｔｅｒｅｙ，ＣＡ，Ｊｕｌｙ１０⁃１２，１９８９．［５］㊀刘文丽，洪成雨，鲍成志，等．基于增材制造技术的光纤布拉格光栅土压力传感器［Ｊ］．激光与光电子学进展，２０２１，５８（１１）：１３２⁃１３９．ＬＩＵＷｅｎｌｉ，ＨＯＮＧＣｈｅｎｇｙｕ，ＢＡＯＣｈｅｎｇｚｈｉｅｔａｌ．Ｆｉｂｅｒｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｌａｓｅｒ＆ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＰｒｏｇｒｅｓｓ，２０２１，５８（１１）：１３２⁃１３９．［６］㊀孙玲玉，刘长超，姜明顺，等．基于光纤布拉格光栅阵列的铝合金疲劳裂纹预测方法［Ｊ］．中国激光，２０２１，４８（１３）：１６１⁃１７１．ＳＵＮＬｉｎｇｙｕ，ＬＩＵＣｈａｎｇｃｈａｏ，ＪＩＡＮＧＭｉｎｇｓｈｕｎ，ｅｔａｌ．Ｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｂａｓｅｄｆｉｂｅｒｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇａｒｒａｙ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｓｅｒｓ，２０２１，４８（１３）：１６１⁃１７１．［７］㊀常莹．航天液体发动机光纤应变测量技术应用研究［Ｊ］．中国计量，２０１９（６）：７１⁃７５．ＣＨＡＮＧＹｉｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒａｅｒｏｓｐａｃｅｌｉｑｕｉｄｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＭｅｔｒｏｌｏｇｙ，５６４ ２０２２年６月李宝星，等：基于光纤光栅传感器的湿法缠绕包覆工艺中固体推进剂药柱动态应变测试技术第３期２０１９（６）：７１⁃７５．［８］㊀张焘，张卫平，卞云龙，等．光纤光栅传感器在固体发动机药柱结构温度载荷响应测试中的应用研究［Ｃ］／／第五届空天动力联合会议论文集，２０２０：２１８７⁃２１９２．［９］㊀余尚江，陈显，杨吉祥．冲击荷载下基于埋入式光纤光栅传感器的混凝土动态应变测试［Ｊ］．振动与冲击，２０１１，３０（１１）：１１２⁃１１６．ＹＵＳｈａｎｇｊｉａｎｇ，ＣＨＥＮＸｉａｎ，ＹＡＮＧＪｉｘｉａｎｇ．ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅｂａｓｅｄｏｎｅｍｂｅｄｄｅｄＦＢＧｓｅｎｓｏｒｓｉｎＳＨＰＢｉｍｐａｃｔｔｅｓｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋ，２０１１，３０（１１）：１１２⁃１１６．［１０］㊀章征林，王源，孙阳阳，等．ＦＢＧ应变测试技术在混凝土内爆炸试验中的应用［Ｊ］．压电与声光，２０１７，３９（２）：２８１⁃２８３＋２８８．ＺＨＡＮＧＺｈｅｎｇｌｉｎ，ＷＡＮＧＹｕａｎ，ＳＵＮＹａｎｇｙａｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｐ⁃ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＢＧｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｗａｒｄｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｔｅｓｔ［Ｊ］．Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ＆Ａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃｓ，２０１７，３９（２）：２８１⁃２８３＋２８８．［１１］㊀丰雷，马铁华，沈大伟．炸药爆炸场内动态应变测试技术研究［Ｊ］．计算机测量与控制，２０１２，２０（１０）：２６５１⁃２６５３．ＦＥＮＧＬｅｉ，ＭＡＴｉｅｈｕａ，ＳＨＥＮＧＤａｗｅｉ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｅｘｐｌｏｓｉｏｎｏｆｄｙｎａｍｉｔｅ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１２，２０（１０）：２６５１⁃２６５３．［１２］㊀张焘，张卫平，张浩，等．光纤光栅传感器在固体推进剂内部应变测量中的试验研究［Ｊ］．固体火箭技术，２０２０，４３（４）：５１８⁃５２３．ＺＨＡＮＧＴａｏ，ＺＨＡＮＧＷｅｉｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＨａｏ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉ⁃ｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｆｉｂｅｒｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒｉｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｏｌｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４３（４）：５１８⁃５２３．［１３］㊀范徽，孔德仁，王芳．基于ＦＰＧＡ的推进剂药柱应变测试装置研究［Ｊ］．测控技术，２０１４，３３（９）：５２⁃５５．ＦＡＮＨｕｉ，ＫＯＮＧＤｅｒｅｎ，ＷＡＮＧＦａｎｇ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｏｌｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｇｒａｉｎｓｔｒａｉｎｓｔｏｒａｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，３３（９）：５２⁃５５．［１４］㊀鲁昊钺，徐晓卫，郑庆，等．带药柱缠绕复合壳体张力分析及优化研究［Ｊ］．固体火箭技术，２０２１，４４（５）：５７４⁃５８０．ＬＵＨａｏｙｕｅ，ＸＵＸｉａｏｗｅｉ，ＺＨＥＮＧＱｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｓｔｕｄｙｏｆｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｖｅｒｗｒａｐｐｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｏｔｏｒｃａｓｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４４（５）：５７４⁃５８０．［１５］㊀ＯＴＨＯＮＯＳＡ，ＫＡＬＬＩＫ，ＫＯＨＮＫＥＧＥ．ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔ⁃ｉｎｇｓ：ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃｓＴｏｄａｙ，２０００，５３（５）：６１⁃６２．（编辑：崔贤彬）６６４２０２２年６月固体火箭技术第４５卷。
用光纤光栅测量应变的方法
用光纤光栅测量应变的方法
随着现代工业技术的发展，材料的应变状况在工程中变得越来越重要。
用光纤光栅测量应变的方法是一种非常有效的技术，可以用来测量各种材料的应变情况。
这种方法利用了光纤光栅的特性，将光束通过光纤光栅，然后通过测量光的相位变化来确定应变程度。
这种方法具有高灵敏度、高精度、高分辨率和不受干扰的优点。
在实际应用中，光纤光栅应变测量技术已经被广泛应用于机械、建筑、航空航天、电力、交通等领域。
- 1 -。
光纤Bragg光栅在动态应变测量中的研究
第２ ０卷
第 ５期
传 感 技 术 学 报
ＣＨＩ Ｅ ＯＵＲ Ｌ ＯＦ Ｓ ＮＳ Ｓ Ａ Ｄ ＴＵ ＯＲ ＮＥＳ Ｊ ＮＡ Ｅ ＯＲ Ｎ ＡＣ ＡＴ Ｓ
Ｖｏ ． Ｏ Ｎｏ ５ １２ ．
Ｍａ ． ０ ７ ｙ ２ ０
２０ ０ ７年 ５ 月
，
１Ｓａｅ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ Ｐ ｅｉｉｎＭ ｅｓｒｎ ｅｈ ｏｏ ｙａ ｄ Ｉｓ ｕ ｅ ｔ ，Ｔａ ｉ ｎｖｒｉ ． ｔｔＫｅ ａ ｏａｏｙｏ ｒｃｓ ａｕ ｉｇ Ｔ ｃｎ ｌｇ ｎ ｎｔ ｍ ｎｓ ｉ ｎＵ ｉｅｓ ｙ，Ｔｉｎ ｉ ０ ０ ２ Ｃ ｉａ 、 ｏ ｒ ｔ ａｊｎ３ ０ ７ ， ｈｎ － ２ Ｓ ｈｏ ｆＡｕｏ ｔ ｎａ ｄＥｎｒ ｙ，Ｔｉ ｉ ｎｖｒｉ ｆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ． ｃｏ ｌ ｔｍａｉ ｎ ｅｇ ｏ ｏ ａ ｎＵ ｉｅｓｙｏ ｅｈ ｏｏ ｙ，Ｔａ ｊｎ３０ ９ ，Ｃ ｉａ ｔ ｉｎｉ ０ １ １ ｈｎ ／
ｎ ｑ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｔ ａｎ ｉ ｕ ； ｙ ａ ｃ ｓ ｒ ｉ
ＥＥＡＣＣ： ２ Ｅ ７ ３０
光 纤 Ｂ ａ ｇ光 栅 在 动 态 应 变 测 量 中 的研 究 ＊ ｒｇ
李 丽 ， 林玉池 沈小 燕 ， ， 付鲁 华 王 为 ，
（． １ 天津大学精密测试技术及仪器 国家重点实验室 ， 天津 ３０ ７ ；． ０ ０ ２ ２ 天津理工大 学 自动化与能源工程学院 ， 天津 ３０ ９ ） ０ １ １
Ｆｉ ｅ ａ ｇ Ｇｒ ｔｎｇ Ｓ ｎ ｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｎ ｍ ｉ ｒ ｉ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｂ ｒ Ｂｒ ｇ ａ ｉ ｅ ｓ ｒ Ｓ ｓ ｅ ｆ ｒ Ｄｙ ａ ｃ Ｓｔ ａ ｎ Ｍ ａ ｕ ｅ ｎｔ
光纤光栅传感实验
光纤光栅传感实验一、实验目的1. 理解光纤光栅的制作原理；2. 掌握光纤光栅传感的原理；3. 学会使用光纤光栅传感仪软件；4. 使用光纤光栅传感仪测量温度变化对输出波长的影响；5. 使用光纤光栅传感仪测量应力变化对输出波长的影响；二、实验原理光纤光栅传感的基本原理和光纤光栅传感测量的基本原理光纤光栅受温度T 和应变ε同时影响时，光纤光栅峰值波长会发生变化，其相对变化量可以写成：Δλ/λ=(α+ξ)ΔT+（1－Pe ）ε （6）其中α、ξ分别是光纤的热膨胀系数和热光系数，其值α＝0.55×10－6，ξ＝8.3×10－6，即温度灵敏度大约是0.0136 nm /℃，（λ为1550nm ）；Pe 是有效光弹系数，大约为0.22，即应变灵敏度为0.001209 nm /με。
2.1光纤光栅温度传感器为了提高光纤光栅温度灵敏度，在光纤光栅温度传感器中，是将光纤光栅封装在温度增敏材料基座上，外部有不锈钢管保护，外面有加热装置。
如图4。
波长变化量及温度灵敏度分别为（请自行推算）：Δλ/ΔT =（(α+ξ) +（1－P ）（αj －α））λ （7）[Δλ/ΔT =αt ]αt 定义为该温度传感器的温度灵敏度，可由实验获得，大约是αt ＝0.035nm/℃。
由测量到的波长的变化量可计算出温度的变化t-t 0：2.2光纤光栅应变传感器本实验仪的光纤光栅应变传感器是一种悬臂梁应变调谐机构。
应用材料力学原理可以严格计算出光纤光栅的应变，用于模拟环境物理量使光纤光栅产生的应变。
由光纤光栅的应变又可计算出传感光栅的波长变化。
图1光纤光栅示意图出 射 光布喇格光纤光栅 纤芯入射光 反射光光纤包层光纤光栅应变传感器原理图如图5光纤光栅粘接在悬臂梁距固定端根部x 位置，螺旋测微器调节挠度，由材料力学可知，光纤光栅的应变为：3)(3l dhx l -=ε （8） 其中l 、h 、d 分别表示梁的长度、挠度和中性面至表面的距离，η＝1－PePe 是光纤有效光弹系数。
基于LabVIEW的光纤布拉格光栅动态解调系统
基于LabVIEW的光纤布拉格光栅动态解调系统朱珠【摘要】为了实现光纤光栅动态解调的目的,采用了一种基于长周期光栅(LPFG)边缘滤波特性解调光纤布拉格光栅(FBG)的动态应变检测系统.将FBG作为传感元件,利用长周期光栅边缘滤波特性对光强调制,经光电转换获得电压信号,通过高速数据采集卡与LabVIEW软件设计结合由计算机采集.进行了振动实验,采集信号的时域波形图并进行频谱分析.试验结果表明该系统具有良好的动态响应特性,可实现2.5 kHz以内的动态应变监测.%A dynamic-strain demodulating system based on a fiber Bragg grating filtering is proposed and experimentally demonstrated in this paper. The fiber Bragg gratings are constructed in the experimental laminate as sensing elements for signal vibration. The edge filtering of long-period fiber grating is used to demodulate FBG with intensity of light. By using the combination of data collect card and Lab View software, the voltage signal is transmitted to computer. Through the experiment, this system has favorable dynamic response characteristic. It is used to monitor vibration sigal less than 2. 5 KHz.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)019【总页数】3页(P101-103)【关键词】虚拟仪器;光栅;边缘滤波;动态解调【作者】朱珠【作者单位】淮阴师范学院物理与电子电气工程学院,江苏淮安223300【正文语种】中文【中图分类】TN253-340 引言与传统电子传感器相比，光纤光栅传感器是目前最具发展前途的传感器之一。
光纤光栅传感器在测量过程中的应变传递误差分析及修正
于是达到了测量微小变形的目的 。光纤光栅传感器的 优点主要表现为 : 耐久性好 , 适于长期监测 ; 既可以实 现点测量 ,也可以实现准分布式测量 ; 测量动态范围只 受光源谱宽的限制 ,不存在多值函数问题 ; 检出量是波 长信息 ,因此不受接头损失 、 光沿程损失等因素的影 响 ; 对环境干扰不敏感 ,抗电磁干扰 ; 波长编码 ,可以方 便实现绝对测量 ; 单根光纤单端检测 ,可尽量减少光纤 的根数和信号解调器的个数 ; 信号 、 数据可多路传输 , 便于与计算机连接 , 单位长度上信号衰减小 ; 灵敏度 高 ,精度高 ; 光纤光栅尺寸小 ,测量值空间分辨率高 ; 输
Ana lysis and Correction of the Stra in 2Tran sfer Error in the M ea surem en t w ith the F ibre Gra tin g Sen sor
SHAN G J ia 2shang, WANG Yu
(Changcheng Institute of M etrology & M easurement, Beijing 100095, China )
光纤光栅混凝土表面应变计
光纤光栅混凝土表面应变计
光纤光栅混凝土表面应变计的工作原理是利用光纤光栅传感器
的敏感特性，将光纤固定在混凝土结构表面，当混凝土结构受到外
部荷载作用时，结构表面会产生微小的变形，这些变形会引起光纤
中光的特性发生变化，通过测量光的特性变化，就可以得到结构表
面的应变信息。
这种测量方法具有灵敏度高、抗干扰能力强、不受
电磁干扰的优点，适用于需要长期监测的混凝土结构。
光纤光栅混凝土表面应变计的应用领域包括桥梁、隧道、建筑
物等混凝土结构的监测和评估。
通过实时监测结构表面的应变情况，可以及时发现结构的变形和裂缝，预警结构的安全状况，为结构的
维护和管理提供科学依据。
同时，还可以用于科研领域，对混凝土
结构的变形特性进行深入研究，为结构设计和改进提供数据支持。
总的来说，光纤光栅混凝土表面应变计作为一种先进的结构监
测技术，具有广阔的应用前景和重要的实用价值，对于提高混凝土
结构的安全性能和延长结构的使用寿命具有重要意义。
光纤光栅应变传感器原理
光纤光栅应变传感器原理
光纤光栅应变传感器是一种基于光学原理的传感器，利用光纤光栅的特殊结构和光学特性实现对物体应变的测量。
其原理是将一根光纤沿着一定的方向拉伸，使其内部形成一个周期性的折射率变化结构——光纤光栅。
当光线经过这个结构时，会受到特定频率的反射和透射，形成特定的光谱。
当受力作用于光纤光栅区域时，光纤的折射率随之发生变化，从而引起光谱的变化。
通过检测光谱的变化，就可以得到物体的应变信息。
光纤光栅应变传感器具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强等优点，在现代工业生产和科学研究中得到了广泛应用。
- 1 -。
光纤光栅应变传感器实验讲义
实验 光纤布拉格光栅（FBG ）应变实验研究【实验目的】1) 了解光纤光栅传感器基本原理及FBG 应变测量的基本公式。
2) 了解飞机驾驶杆弹性元件的力学特性。
3) 学习光纤光栅应变测量的基本步骤和方法。
【实验原理】1.光纤光栅传感器的基本原理及FBG 应变测量的基本公式光纤布喇格光栅（Fiber Bragg grating, FBG ）用于传感测量技术，主要是通过外界物理量的变化对光纤光栅中心波长的调制来获取传感信息，因此它是一种波长调制型的光纤传感器。
FBG 传感原理如图1所示。
图1中，当一束入射光波进入FBG 时，根据光纤光栅模式耦合理论，当满足满足相位匹配条件时，反射光波即为FBG 的布喇格波长λB ，λB 与有效折射率n eff 和光栅周期Λ的关系为Λ2eff B n =λ （1)由式(1)可以知：n eff 与Λ的改变均会引起光纤光栅波长的改变，而且n eff 与Λ的改变与应变和温度有关。
应变和温度分别通过弹光效应与热光效应影响n eff ，通过长度改变和热膨胀效应影响周期Λ，进而使λB 发生移动。
将耦合波长λB 视为温度T 和应变ε的函数，略去高次项，则由应变和温度波动引起的光纤光栅波长的漂移可表示为Λ∆+∆Λ=∆eff eff B 22n n λ (2)Iλ透射光谱Iλ输入光谱反射光谱 波长漂移λIΛ输入光波反射光波透射光波加载物理量，如应变，温度图1 FBG 传感原理示意图由式(2)可知光纤光栅中心波长漂移量∆λ对轴向应变∆ε和环境温度变化∆T 比较敏感。
通过测量FBG 中心波长的变化，就可测量外界物理量的变化值（如应变、温度等）。
光纤光栅轴向应变测量的一般公式为()ελλe BBz1p -=∆，也是裸光纤光栅轴向应变测量的计算公式。
由上式可知，∆λBz 和ε存在线性关系，因此通过解调装置检测出布拉格波长的偏移量∆λ，就可以确定被测量ε的变化。
2. 飞机驾驶杆弹性元件的力学特性杆力传感器弹性元件采用平行梁形式，其结构如图2所示。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。