光纤Bragg光栅应力测量的研究

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光纤布拉格光栅隧道应力应变监测系统

张晨，：等光纤布拉格光栅隧道监测系统
光纤布拉格光栅隧道应力应变监测系统
张晨，静由
（东检测技术有限公司，江杭州３０１）华浙１０４
摘要：道二次衬砌应力、变状态的长期监测，直是国内外岩土工程界关注的焦点。对此，析了光纤光栅传感器传隧应一分
ｎｎｅｔｇｔｏｎｓｇＩｔｔｔａＩｖｓｉａｉｎａｄＤｅｉｎｎｓｉｕｅ
ＡｂｔａｔＴｅｌｎ－ｅｍｎｔｒｇｏｃｎａｙｔｎｅｉｉｇｓｅｓａｄｓｒｉｓａｗｙｃｓｐｏｌｍｅｔｃｎｃｌｎｉｓｒｃ：ｈｏｇｔｒｍｏｉｉｆｅｏｄｒｎｌｎｎｔｓｎｔｎｉｌａｓａｆｕｒｂｅｉｇｏｅｈｉａｇ— ｏｎｓｕｌｒａｏｎｅｎｅｎｅｄＴｉｐｐｒｎｌｚｄｔｅｐｎｉｌｆｐｉａｂｒｂａｇｇａｉｇｓｎｏｎｒｐｓｄｔｅｉｅａｔｅｏｔａｂｒｅｆｇｆｌ．ｈｓａｅａｙｅｒｃｐｅｏｔｌｅｒｇｔｅｓｒａｄｐｏｏｅｄａｔｔｈｐｉｌｆｅｉｉａｈｉｏｃｆｉｒｎｈｈｃｉｂａｇｇａｉｇｓｎｏｈｕｄｂｐｌｄｔｅｍｏｉｒｎｆｅｏｄｒｎｅｎｎｔｅｓｎｔｉ．ａｗｉ，ｅｔｆｂｒｂａｇｒｇｔｅｓｒｏｌｅａｐｉｔｎｔｉｇｏｃｎａｔｎｌｉｉｇｓｒｓｄｓｒｎＭｅｎｈｌｔｓｏｅｒｇｒｎｓｅｏｈｏｓｙｕｌａａｅｆｉｇａｉｇｓｎｏｓｎｔｅｒｅｓｒｓｗｌａｎｌｓｓｎａｖｎａｅｆｈａｈｔａｅｄｔｅｒｓｌｓｏｄｔａｅｏｔａｒｔｅｓｒｄｓｌｅｓｎｏｅｌｓａｙｉｏｄａｔｇｓｏｅｅｃｎａｅｗｉａａｔｗｏｗｓｈｌ，ｈｅｕｔｈｗｅｈｔｈｐｉｌｔｃｉｒｂａｇｇｔｅｓｒｗｓｏｅａｖｎａｅｔａｒｈｇｅｔｅｉｉｎｏｇｔｒｓａｉｔｎｅｔｉｌａｓｓｉ．ｆｅｒｇａｉｇｓｎｏａｆｈｄａｔｇｈｔｅｉｈｔｓｒｃｓｏ，ｌｎ－ｅｍｔｂｌｙａｄｒｍｏｅｓｇａｒｎｍｉｓｎｂｒｎｔｖｙｐｉｎｔｏ

埋入式光纤Bragg光栅径向应力传感性能参数分析

埋入式光纤Bragg光栅径向应力传感性能参数分析冯艳;李玉龙;张华;徐敏【摘要】Embedded FBG sensors can detect the internal state of stresses, temperatures and many other factors as an alternative to the other sensors. Before being embedded into the metal structures, FBG sensors must be protected by some metal materials. The discrepancy exists between the stress values recorded by FBG and the actual stresses. This paper relates the discrepancy to the two parameters that are the stress transfer coefficient and the location function. For a special connecting layer, the bigger elastic modulus and the smaller thickness of the protective layer, the bigger the stress transfer coefficient. When the FBG is embedded on the right of the designated position, the location function gets big with the increase of the tilt angle. When it is on the left of the designated position, the location function gets small with the increase of the tilt angle.%埋入式光纤Bragg光栅(FBG)可以监测结构内部的应力、温度等其它参数.针对镀镍保护的FBG经钎焊方法横向埋入矩形截面的金属梁内部的情况,本文将影响FBG中心波长变化的因素归纳成两大因素——应力传递系数和位置函数,并深入分析了这两个因素对埋入式FBG的径向应力传感性能的影响.经研究得出,对于某一特定的连接层,尽量选取弹性模量大的保护层,适当减小保护层厚度有助于提高埋入式FBG应力传感的灵敏度.对于一定结构形式的梁,在应力传递系数一定的情况下,位置函数越大,埋入式FBG应力传感的灵敏度越大.埋入过程会造成位置误差.分析得出,当FBG实际埋入位置较指定位置偏右时,位置函数随着倾斜角度的增大而变大；当实际埋入位置较指定位置偏左时,位置函数随着倾斜角度的增大而变小.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2011(038)012【总页数】6页(P104-109)【关键词】埋入式光纤Bragg光栅;应力传递系数;位置函数;径向应力【作者】冯艳;李玉龙;张华;徐敏【作者单位】南昌大学机电工程学院机器人与焊接自动化重点实验室,南昌330031;南昌大学机电工程学院机器人与焊接自动化重点实验室,南昌330031;南昌大学机电工程学院机器人与焊接自动化重点实验室,南昌330031;中航工业江西洪都航空工业集团660设计所,南昌330024【正文语种】中文【中图分类】TN2530 引言光纤Bragg光栅(FBG)具有波长编码，抗电磁辐射，耐腐蚀等优点。

光纤布拉格光栅传感器实现应力测量的最新进展

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光纤布拉格光栅传感器原理
当一个宽带光源照射 OM/ 时，一系列由 OM/ 纤芯折射率周期调制所形成的反射面反射回来的光将相互干涉，只有满足布拉格定律的光才可以相长增强
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万方数据收稿日期： ![[[$"+$!’
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第(期
黄建辉等：光纤布拉格光栅传感器实现应力测量的最新进展
［(］但测量精度受反 ! 2-- " # 。该测量方法简单易行，射光光谱外型变化和时间间隔测量精度的影响。此
小。该方法应力测量的分辨率为 !-" ，测量范围为 #
外，倾斜 "#$ 的两个模的波长差限制了测量的范围。
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有应力作用时在倾斜 #$% 上扫描得到的信号 )*+,+-&+-. /&’012/ 3*.0 /,41&0 &/ 1552&.- ,+ ,*. #$%/ 1, -&66.4.0, ,.75.41,84.
) . ! . ( 使用与测量 "#$ 相匹配的普通 "#$ 进行信号解调这种方法又可以分成反射型和透射型两类。前者的原理如：测量 "#$ 的反射光入射到接收 "#$ 上，若与接收 "#$ 的反射光波长一致，则被反射到探测器上。通过 /01 驱动接收 "#$ 进行扫描，根据探测器的输出记录此时驱动信号的大小，就可以得到被
［5］扰动进行监测，然后进行反馈补偿。
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光纤Bragg 光栅地震检波器是利用光栅的波长调制原理

光纤Bragg 光栅地震检波器是利用光栅的波长调制原理,即利用外界的微扰振动来改变光栅的栅距,再转化为对应的波长变化量,通过检测波长的变化来测量加速度的大小. 由图(2) 可以看出,该检波器的结构是将光纤布拉格光栅固定在弹簧片上构成的. 当地面振动时,固定于地面的检波器随之运动,检波器中的光栅与检波器外壳产生相对运动,在光电接收器件的接收面上产生运动的莫尔条纹,经处理后,以数字信号形式输出[9～13 ] .研究表明,光纤Bragg 光栅以其特有的特性(高灵敏度和大动态范围,较强的抗干扰能力和具有一定的智能作用,与大地耦合作用好,谐波失真小等) 比压电检波器(此种检波器是根据某些物质的压电效应制成的. 当沿一定方向对某些电介质施力而使其变形时,介质内部就产生极化现象.压电检波器正是利用这种压电效应,将地震波引起的压电效应转变为电信号的一种机电转换装置. ) 不仅具有高的灵敏度系数,并且动态范围也足以实现地震勘探领域的不同频率段的需求,在地质石油勘探领域具有广阔的应用前景. [17～29 ]5 结论地震检波器是地震勘探中的重要环节,地震采集数据的品质基本上取决于检波器本身的品质,埋置环境与记录数据系统的性能. 目前,数据采集的动态范围已经达到了120 dB ,所以检波器本身的动态范围越来越成为地球物理勘探技术中的首要技术要求[30～40 ] .光纤布拉格光栅以其高分辨力,高信噪比,高精确度,高可靠性,为振动的测量提供了理想的技术手段. 利用光纤布拉格光栅作为检波器的敏感元件,可具有动态范围宽,抗电磁干扰,信号频带宽等特点,易于满足高精度,高分辨率的地震勘探要求. 光纤Bragg 光栅地震检波器在地震石油勘探领域,桥梁结构健康检测领域和海洋开发领域等具有广泛的应用价值,是值得研究并推广的一项新技术.[ 1 ] 陶果,多雪峰. 我国地球物理测井技术的发展与战略初探[J ] .地球物理学进,2001 ,16 (3) :98～101.[ 2 ] 阮驰,崔崧,高应俊. 光纤Bragg 光栅与石油仪器[ J ] . 石油仪器,2001 ,15 (6) :1～4.[ 3 ] 陆文凯,丁文龙,张善文,肖焕钦,赵铭海. 基于信号子空间分解的三维地震资料高分辨率处理方法[J ] . 地球物理学报,2005 ,48 (4) :896～901.[ 4 ] 陈祖传. 地球物理勘探技术的进展[ J ] . 地球物物理学进展,2000 ,10 (3) :1～19.[5 ] 张向林,郭果,刘新茹. 油气地球物理勘探技术进展[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (1) :143～151.[ 6 ] Kersey A D. Fiber grating sensors [ J ] . Lightwave Technol ,1997 ,15 (8) :1442～1463.[ 7 ] Hill K O , Meltz G. Fiber Bragg Grating Technology Funda2mentals andOverviews[J ] . Journal of Lighwave Tet hnology ,1997 ,15 :1263～1274.[ 8 ] 苑立波. 光纤光栅原理和应用[J ] . 光通信技术,1998 ,22 (1) :70～72.[9 ] 梁磊,周雪芳. 新型光纤Bragg 光栅地震检波器的研究[J ] . 承德石油高等专科学校学报,2003 ,5 (1) :4～7.[ 10 ] 高华,李淑清,南忠良,陶知非,蒋诚志. 光栅地震检波器的研究[J ] . 航空精密制造技术,2003 ,39 (1) :40～42.[ 11 ] 王红落,常旭,陈传仁. 基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移[J ] . 地球物理学报,2005 ,48 (2) :415～422.[ 12 ] 袁子龙,韦丹宁,李婷婷. 高分辨率地震勘探智能程控型前置放大器的设计[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (1) :300～303.[ 13 ] 姚陈. 地震三维矢量反射波场[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21(2) :430～439 . [ 14 ] 于常青,祁晓明,朴永红,于文芹. 联合高分辨率地震和精细测井资料的剩余油气分析[ J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (2) :张向林,陶果. 油气井生产测井中的光纤传感技术[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20(3) :796～800.[16 ] 周振安,刘爱英. 光纤光栅传感器用于高精度应变测量研究[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (3) :864～866.[ 17 ] 陈海峰,肖立志,张元中,付建伟,赵小亮. 光纤Bragg 光栅在油气工业中的若干应用及进展[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21(2) :572～577.[ 18 ] 陈相府,安西峰,王高伟. 浅层高分辨地震勘探在采空区勘测中的应用[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (2) :437～439.[ 19 ] 徐朝繁,张先康,刘宝金,等. 高分辨折射地震资料处理方法及其应用[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (4) :1052～1058.[ 20 ] 张军华,吕宁,田连玉,陆文志,钟磊. 地震资料去噪方法、技术综合评述[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (4) :1083～1091.[ 21 ] 崔若飞,武旭仁,陈同俊. 煤矿地震数据管理系统的开发[J ] .地球物理学进,2005 ,20 (2) :374～376.[22 ] 周灿灿,王昌学. 水平井测井解释技术综述[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 1) :152～160.[ 23 ] 石建新,王延光,毕丽飞,等. 多分量地震资料处理解释技术研究[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (2) :505～511.[ 24 ] 于景邨,刘志新,岳建华,刘树才. 煤矿深部开采中的地球物理技术现状及展望[ J ] .地球物理学进展,2007 ,22 ( 2) : 586 ～591.[ 25 ] 彭富清,霍立业. 海洋地球物理导航[ J ] . 地球物理学进[ 26 ] 孟庆生,楚贤峰,郭秀军,樊玉清,贾永刚. 高分辨率数据处理技术在近海工程地震勘探中的应用[ J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (3) :1006～1010.[27 ] 杨文采,于常青. 深层油气地球物理勘探基础研究[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1238～1242.[ 28 ] 金翔龙. 海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展[J ] .地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1243～1249.[29 ] 张向林,刘新茹,李健,卢涛. 我国油气开发监测技术进展[J ] .地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1360～1363.[ 30 ] 李淑清,陶知非. 未来地震检波器理论分析[ J ] . 物探装备,2003 ,13 (3) :152～156.[ 31 ] 刘光林,刘泰生,高中录,李刚,姚光凯. 地震检波器的发展方向[J ] . 勘探地球物理进展,2003 ,26 (3) :178～185.[ 32 ] 柏冠军,吴汉宁,赵希刚,王靖华. 地震资料预测薄层厚度方法研究与应用[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (2) :554～558.[33 ] 张进铎. 地震解释技术现状及发展趋势[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (2) :578～587.[34 ] 原宏壮,陆大卫,张辛耘,孙建孟. 测井技术新进展综述[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (3) :786～795.[ 35 ] 冷元宝,朱萍玉,周杨,王送来. 基于分布式光纤传感的堤坝安全监测技术及展望[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (3) :1001～1005.[ 36 ] 陈会忠. 地震信息系统发展综述[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1142～1146. [ 37 ] 池顺良. 深井宽频钻孔应变地震仪与高频地震学———地震预测观测技术的发展方向,实现地震预报的希望[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1164～1170.[38 ] 陆其鹄,彭克中,易碧金. 我国地球物理仪器的发展[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1332～1337.[ 39 ] 赖晓玲,刁桂苓,孙译. 用近场余震观测资料研究张北地震的发震构造[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (1) :63～67.[ 40 ] 张福明,查明,邵才瑞,印兴耀. 天然气的测井勘探与评价技术[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (1) :179～185.。

光纤Bragg光栅特性的研究的开题报告

光纤Bragg光栅特性的研究的开题报告一、研究背景光纤Bragg光栅是一种新型光学元件，具有很多优异的特性，如高的空间解析度、宽的带宽、易于制备等。

它可以被广泛用于光纤通信、传感技术、激光技术等领域。

因此，对光纤Bragg光栅特性的深入研究对于上述领域的发展具有重要意义。

二、研究目的本研究旨在探讨光纤Bragg光栅的特性，对其制备方法进行改进，提高其性能，以及拓展其应用领域。

三、研究内容1.光纤Bragg光栅原理及特性：阐述光纤Bragg光栅的基本原理和结构，并分析其特性，如反射光谱特性、散射损耗、传输特性等。

2.制备方法改进：对光纤Bragg光栅的制备方法进行研究，提出新的制备方法，比较新旧方法的差异，以及对新方法的优化。

3.性能测试：对制备的光纤Bragg光栅进行性能测试，比如测试其反射光谱、散射损耗、辐射损耗等，确定其最佳应用范围。

4.应用拓展：研究光纤Bragg光栅在通讯、传感器等领域的应用，探讨其应用拓展的可能性。

四、研究方法1.文献研究法：主要针对光纤Bragg光栅的原理和特性进行文献搜集，阅读、摘录、归纳、总结相关文献。

2.实验方法：结合实际情况，根据文献研究中提到的制备方法，制备光纤Bragg光栅，进行性能测试。

3.数学方法：运用数学理论和方法，对实验结果进行数据分析、数据处理和统计分析。

五、研究意义本研究将更深入地了解光纤Bragg光栅的特性，为其未来的发展提供基础支持。

改进光纤Bragg光栅的制备方法，提高其性能，使之更加适用于相关领域的需要。

同时，对光纤Bragg光栅的应用进行探讨，拓展其应用范围，推动其广泛应用。

六、研究进度安排1.前期准备：文献搜集、研究计划编写，时间为两周。

2.实验制备：光纤Bragg光栅的制备、性能测试，时间为四周。

3.数据处理分析：对实验结果进行数据处理和统计分析，时间为两周。

4.论文撰写：将实验结果及分析结论进行汇总、整理、修改，撰写研究报告，时间为四周。

光纤Bragg光栅应变检测技术研究的开题报告

光纤Bragg光栅应变检测技术研究的开题报告一、选题背景及意义光纤传感技术已成为现代工程领域中不可或缺的一种技术手段，广泛应用于各种工程领域。

其中，光纤Bragg光栅传感技术是应变、温度等物理量传感的重要技术之一。

该技术采用光纤反射型光栅，将光波反射并形成峰值，通过对Bragg波长的测量，能够实现对光纤所受应变、温度等物理量的测量。

本课题将研究光纤Bragg光栅应变检测技术，结合光纤激光器技术、光谱学等相关领域的研究成果，将通过理论计算和实验研究，提高光纤Bragg光栅传感技术的精度和稳定性，为未来的科学研究和工程实践提供有效的技术支持。

二、选题研究内容本课题的研究内容主要包括以下几个方面：1. 光纤Bragg光栅原理及应变传感机理研究：研究光纤Bragg光栅的成像原理、波长选择与调谐原理，并对光纤Bragg光栅应变传感机理进行深入研究。

2. 光纤Bragg光栅检测系统设计与构建：设计并构建光纤Bragg光栅检测系统，在保证系统稳定性的前提下，提高系统检测精度。

3. 光纤Bragg光栅应变传感性能实验研究：通过实验研究，掌握光纤Bragg光栅应变传感器的传感性能，包括传感器灵敏度、分辨率、可重复性、稳定性等指标，并对其进行分析和评价。

三、技术难点及解决方法本课题的技术难点主要包括以下几个方面：1. 光纤Bragg光栅传感器自身温度漂移问题：在光纤Bragg光栅传感器的应用中，系统内部产生的温度和机械应力等因素会导致传感器的波长产生漂移，影响传感器的测量精度和稳定性。

解决该问题需要对传感器的波长漂移规律进行研究和分析，并设计出解决该问题的技术手段。

2. 光纤Bragg光栅传感器读取系统的精度问题：传感器读取系统的稳定性和精度直接影响了传感器的测量精度。

为解决该问题，需设计并构建检测系统，提高系统检测精度并减小误差。

3. 光纤Bragg光栅传感器的制备工艺问题：制备工艺的优劣会直接影响传感器的成像效果和稳定性。

FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势

FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势FBG（Fiber Bragg Grating）布拉格光纤光栅传感技术是一种基于光纤传感器原理的测量技术。

它通过在光纤的光学纤芯中添加一个周期性折射率改变的光栅结构，实现了对光波的波长选择性反射，从而实现对光波的测量和传感。

FBG光栅传感技术具有很多优势，本文将详细介绍。

首先，FBG光栅传感技术具有很高的灵敏度和精度。

光纤光栅结构的周期性折射率改变能够引起光波的波长选择性反射，从而使得传感器能够在不同的波长上进行测量。

由于光栅的周期性结构可以通过微调光栅的制备参数进行优化，因此光栅传感器可以在特定的波长上实现极高的灵敏度和精度。

其次，FBG光栅传感技术具有很高的可重复性和稳定性。

光纤材料具有优良的化学稳定性和热稳定性，使得光纤光栅传感器在长期使用中能够保持良好的性能。

此外，由于光栅结构是在光纤材料中编写的，因此它不会受到外界环境的干扰，如机械振动、电磁干扰等，从而进一步保证了传感器的可靠性和稳定性。

第三，FBG光栅传感技术具有很高的兼容性和可扩展性。

光纤光栅结构可以与光纤的各种特性相结合，如单模光纤、多模光纤、光纤喇叭片等，从而可以实现对不同物理量的测量，如温度、应力、压力、湿度等。

同时，由于光栅结构是分布式传感器，因此可以在一根光纤上实现多个光栅结构，从而实现多参数的测量，具有很高的可扩展性。

第四，FBG光栅传感技术具有很高的抗干扰能力和远程监测能力。

光栅传感器的工作原理是通过测量被反射回来的光强来获取待测物理量信息，这种工作方式使得光栅传感器能够抵抗外界的光强波动和光纤传输损耗等因素的影响。

此外，光栅传感器可以与光纤网络相结合，实现远程监测和网络传输，从而实现对远程目标的实时监测和控制。

最后，FBG光栅传感技术具有很高的经济性和应用潜力。

光纤光栅传感器的制备工艺相对简单和成熟，制备成本相对较低，从而降低了传感器的成本。

此外，光栅传感器的应用领域非常广泛，包括航空航天、电力、交通、石油化工等行业，具有很大的市场潜力。

应力作用下光纤光栅Bragg波长调谐特性的研究

文章编号:100520086(2000)0120023203应力作用下光纤光栅Bragg波长调谐特性的研究Ξ郭　威,刘　凯,黄永清,陈　雪,任晓敏(北京邮电大学,#66,北京100876) 摘要:本文对1550nm光纤光栅在纵向拉伸应力和侧向拉伸应力作用下B ragg波长的偏移特性进行了实验研究。

当纵向拉伸应力加至3.60N(367.60g)时,得到了5.02nm的调谐范围。

这可能是在相同应力作用下,目前所报道的最好结果。

此外,还对光纤光栅弯曲所导致的其B ragg波长的迁移特性进行了实验研究,并比较了对光纤光栅段添加涂覆层前后的调谐情况,得到了最大为3.02nm的波长调谐范围。

关键词:光纤光栅;B ragg波长;选择;调谐中图分类号:TN253 文献标识码:AStudy on F iber Gra ti ng’s Bragg W avelength Sh if t Caused by Stra i nGUO W ei,L I U Kai,HUAN G Yong2qing,CH EN Xue,R EN X iao2m in(Beijing U niversity of Po sts&T elecomm unicati ons,#66,Beijing1000876,Ch ina)Abstract:In th is paper,the effects of strain on the B ragg w avelength of fiber grating are analyzed,T he strain2induced B ragg w avelength sh ift of a1550nm fiber grating has been investigated exper2i m entally by observing its trans m issi on spectrum and a sh ift up to5.02nm has been ach ieved.T hepo ssibilities of further i m p rovem ent of the tuning range and the relevant device app licati ons arediscussed.W e also investigated the bend2induced B ragg w avelength sh ift of fiber grating,and ash ift up to3.02nm has been ach ieved.Key words:fiber grating;B ragg w avelength;selecti on;tuning1　引言在应力作用下,光纤光栅的B ragg波长会发生偏移。

光纤Bragg光栅压力传感器的研究的开题报告

光纤Bragg光栅压力传感器的研究的开题报告一、选题背景和意义随着现代工业的进步，对于压力传感器的需求日益增加。

传统的压力传感器通常采用电阻应变，压电效应等原理进行测量，这些传感器在使用过程中经常出现灵敏度损失、温度漂移等问题，因此在一些高精度、高可靠性、高耐用性的领域中，其应用较受限制。

因此，研究一种新型、高性能的压力传感器，具有非常重要的意义。

光纤Bragg光栅压力传感器因其具有高灵敏度，宽测量范围，温度补偿等特点，成为一种研究热点。

其基本原理是利用光纤Bragg光栅，通过受力物体所产生的应力而改变光栅的布拉格波长，从而实现对压力的测量。

二、研究目的和内容本研究的目的是以光纤Bragg光栅为基础，研究开发一种新型的压力传感器，达到高精度、高灵敏度，同时具有较高的可靠性和测量范围。

该传感器具有广泛的应用前景，可以用于汽车、建筑、水利、高速公路等领域。

主要内容包括：1、对光纤Bragg光栅的基本原理进行理论分析和探讨；2、了解和分析相关的现有技术和设备，为本研究提供参考；3、设计与制造光纤Bragg光栅传感器，测试和分析其性能，并比较与现有压力传感器的差异；4、对测量误差的预估和校正进行研究，实现更精确的压力测量。

三、研究方法1、对光纤Bragg光栅的原理进行深入探究，建立数学模型；2、采用ADAMS、ANSYS等仿真软件进行虚拟实验；3、开发、制造并测试第一代光纤Bragg光栅压力传感器，获取相关数据，并进行分析；4、设计和制造新的传感器，并对其性能进行评估。

四、研究进度本研究计划周期为12个月，具体进度安排如下：1—3个月：完成光纤Bragg光栅的理论分析和仿真研究；4—6个月：制造并测试第一代传感器；7—9个月：设计和制造新的传感器，并对其性能进行评估；10—12个月：开展误差校正及性能改善研究，撰写论文。

五、预期成果及贡献本研究预期成果为：1、建立一种新型的、高精度、高灵敏度的压力传感器；2、分析和探究该传感器的基本原理和性能，为传感器领域的进一步研究提供有意义的参考信息；3、为汽车、建筑、水利、高速公路等领域的安全和可靠性做出贡献。

Bragg光纤光栅传感器内不均匀应力分布的模拟和重构_陈哲敏

[ 4]
( 2)
式中 p e 为有效弹光系数. 在光纤光栅上加载应力将导致光纤光栅的啁啾变化, 由式 ( 1) 和式( 2 ) 可知 , 对应的啁啾变化函数为: ( 1 - p e)E ( z) - 2P( 1 - p e ) E (z ) U ( z ) = - 2P z= +0 [ 1 + ( 1 - p e ) E (z ) ] +( z ) ( 3) 通过计算光纤光栅上的周期变化可以获得在光纤光栅上的应力变化. 通过分段法将光纤光栅分段后 , 每段的周期为 +m ( 1 [ m [ M) , 对应的加载应力被离散化为 E m , 如图 1 所示.
关键词: 光学传感; 光纤光栅; 不均匀应力; 模拟; 重构中图分类号 : TP212. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 1699( 2006) 06 -2399 -06 单个光纤光栅上的应力分布, 特别是当在光纤光栅上应力梯度比较大的情况下, 反射谱发生了明显的啁啾变化, 这种简单的线性对应关系就不再起作用了 . 此时需要对光纤光栅的反射谱进行更深入的分析 , 实现应力分布的重构. 通过重构可以获得光纤光栅上的应力分布, 这对结构断裂等应力不均匀情况下的应力分布精确测量有重要意义. 应力分布不均匀的光纤光栅反射谱和均匀应力
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Abstract: T he paper describes t he ref lect ed spect ra simulation and st rain pro file r econst ruct ion o f t he fiber Brag g g rat ing ( FBG) w it h an arbit rary nonunifo rm applied st rain. T he ref lect ed spect rum is w ell simulat ed w it h propagat io n matr ix and it s modified m atrix . T w o m et hods based on layer peeling are present ed t o re const ruct t he arbitrary str ain prof ile. Since t he t ime domain pulse response of F BG is str ict ly det ermined by corresponding FBG st ruct ure, t he str ain applied on t he fr ont of t he FBG can be r econst ruct ed w it h know n ref lect ion spect ra, and t he st rain pr ofile is reconstr ucted w it h lay er peeling. T w o met ho ds r econ st ruct t he st rain using t he F BG t im e do main pulse response charact er of par tly t runcat io n and phases, re spect ively. T he st rain pr ofile reco nstr uctio n can be applied on the measuring and analyzing the no nunif orm st rain pro file o f fine co nstr uct and st ress co ncent ration point s. Key words: opt ic measurement ; fiber g rat ing; no nunif orm st rain prof ile; sim ulat ion; reconst ruct io EN J un, SH U Rui-j un

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第２０卷
第５期
传感技术学报
ＣＨＩＳＪＮＥＥＯＵＲＬＯＦＳＮＯＤＣＮＡＥＳＲＳＡＮＡＴＵＡＲＳＴＯ
Ｖ０．０Ｎｏ５Ｉ２．Ｍａ．０７ｙ２０
２００７年５月
ＲｅｅｒｈｏｒｓｕｖｙｂｂｒＢｒｇａｉｓａｃｆＳｔｅｓＳｒｅｙＦｉｅａｇＧｒｔｎｇ
ＷＡＮＧｕｔｎｈ，ＡＯ一ｎＹ —ｉａＣＬｉｇ
１ＣｌｇｆＥｌｔｉｌｇｎｅｉｇ，ａｓａｎｖｒｉＱｉｈａｇａ，Ｈｅｅ０６０，ｈｎ；．ｏｌＰｅｒａｉｅｒｎＹｎｈｎＵｉｅｓｙ，ｎｕｎｄｏｅｏｃｃＥｎｔｂｉ６０４Ｃｉａ、，
步证明了该方法的可行性和有效性．
关键词：布拉格光栅；温度干扰；应力测量；悬臂梁
中图分类号：Ｎ２３Ｔ２２９Ｔ５；Ｐ１．
文献标识码：Ａ
文章编号：ｏｌ９（Ｏ７Ｏ —１３０ｌｏ６９２Ｏ）５１９－３
光纤Ｂａｇ光栅具有体积小、构简单、ｒｇ结寿命长、抗腐蚀、电磁干扰、抗对波长绝对编码等优点，因而在
ＥＥＡＣＣ：２３Ｅ测量的研究ｒｇ
王玉田¨ ，丽芳曹
（．山大学电气工程学院，１燕河北秦皇岛０６０；．Ｎ航天时代电子公司２０厂，６０４２中Ｉ３北京１０５）０８４
摘要：提出一种温度补偿光纤光栅应力传感器，即将光纤布拉格光栅粘贴在应力分布不同的悬臂梁上．通过理论推导得
出，光纤光栅反射波长的两个反射峰之间的距离与应力成线性关系，而不受温度变化影响．实验时，当所加砝码为７时，０ｇ出
现两个反射峰；继续增加到１０ｇ两个反射峰中心波长达到０１ｌ．８，．５ｎ１Ｔ对实验数据进行数据拟合，线性拟合度达到０９，．７进一
可以制成温度补偿的光纤光栅应力传感器．
光纤通信、光纤传感等领域均有广阔的应用前景［．１］
光纤布拉格光栅传感器的基本原理是基于检测反射
１基本原理
１１光纤Ｂａｇ光栅传感原理．ｒｇ光纤布拉格光栅的布拉格波长由下式给出
ＫｅｒｓＦｂｒＢｒｇｒｔｎｔｍｐｒｔｒｉｔｒａｃ；ｔｅｓｍｅｓｒｍｅｔｃｎｉｖｒｙｗｏｄ：ｉｅａｇｇａｉｇ；ｅｅａｕｅｄｓｕｂｎｅｓｒｓａｕｅｎ；ａｔｌｅｅ
Ｂ一２Ａｎｆｆ（）１
的布拉格信号波长的编码，布拉格波长的偏移主要由应变和温度两种效应引起，然而当仅检测到波长偏移
＼．ｏ２０ａｏＰｓＴｍｓｌｔｎｓｏｐｒｉ，ｅｉ０５，ｈａ２Ｎ．３Ｆｃｒｏｃ打Ａｒ户ｔｙｆｈｎｏ口ｉｅＥｅｒｉｒｏｔｎＢｉｎ１８４Ｃｉ，ｃｏｃＣａｏｊｇ０ｎ
ＡｂｔａｔＯｎｉｄｏｅｅａｕｅｃｍｐｎａｉｎｆｂｒｇａｉｇｓｒｓｅｓｒｉｐｏｏｅ．ＦＢｉｓｕｋｏｓｒｃ：ｅｋｎｆｔｍｐｒｔｒｏｅｓｔｏｉｅｒｔｔｅｓｓｎｏｒｐｓｄｎｓＧｓｔｃｎａｓｅｉｌｔｕｔｒｄｃｎｉｖｒＴｈｏｇｈｈｏｙｄｄｃｎＤｃａ— ｒｃｕｅａｔｌｅ．ｓｅｒｕｈｔｅｔｅｒｅｕｉｇ，ｔｅｄｓａｃｆｃｎｅｖｌｎｔｓｏｗｏｒ — ｈｉｔｎｅｏｅｔｒｗａｅｅｇｈｆｔｅｆｅｔｇｐａｓｉｅａｉｅｎｔｔｅｅａｕｅｃａｇｕａａｉｔｓｌｅｒｔ．Ｉｈｘｅｉｎ，ｔｅｌｃｉｅｋｒｌｔｖｏｏｔｍｐｒｔｒｈｎｅｂｔｌｄｖｒｅｙａｉａｉｙｎｔｅｅｐｒｍｅｔｗｏｒ — ｎｓｏｎｆｅｔｇｐａｓａｐａｓｗｅｇｔｒ０ｇＷｈｎｗｅｇｔｒｄｅｏ１０ｇ，ｔｅｄｓａｃｆｔｅｔｒｌｃｉｅｋｐｅｒａｉｈｓａｅ７．ｎｅｉｈｓａｅａｄｄｔ８ｈｉｔｎｅｏｗｏｃｎｅｗａｅｅｇｈｓ０１ｍ．Ｃａｒｅｎｔｅｄｔｉｔｇｔｈｘｅｉｎａｉｄｎｓｎｈｉｅｒｔｐｔｖｌｎｔｓｉ．ｎ５ｒｉｓｏｈａａｆｔｉｏｔｅｅｐｒｍｅｔｌｆｉｇ，ａｄｔｅｌａｉｙｉｕｏｎｎｎｓ０９，ｗｈｃｎｉａｅｈｅｓｂｌｙａｄｖｌｉｙｏｈｓｍｅｈｄ．７ｉｈｉｄｃｔｓｔｅｆａｉｉｔｎａｉｔｆｔｉｉｄｔｏ．