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光纤布拉格光栅(FBG)传感器以其质轻径细、灵敏度高、不受电磁干扰等优点受到普遍关注。FBG在使用过程中一般需要进行金属化封装保护,而金属化保护过程中的残余应力会对FBG传感器的传感特性产生影响。本文围绕金属化保护过程中的残余应力对FBG的影响进行研究,主要工作如下:
(1)从耦合模理论和传输矩阵理论出发,分别对均匀光纤光栅和非均匀光纤光栅进行理论研究。采用Matlab软件分别对均匀、切趾和线性啁啾光纤光栅的反射谱进行模拟。
(2)从化学镀后冷却速率、氢气的析出和电镀的温度出发,研究残余应力对:FBG反射谱、中心波长漂移和镀层结合力的影响;采用Ansys软件对化学镀后FBG由于温度变化产生的应变进行分析,利用Matlab软件模拟出降温后的反射谱;从理论和实验两方面讨论如何减小残余应力对FBG传感器的影响。
(3)从理论和实验两方面分析FBG传感器轴向拉力传感特性;采用Ansys软件对金属化保护后的FBG应力应变状态进行模拟,从模拟结果以及FBG的透射谱来看金属化保护后的FBG在轴向拉力作用下被均匀拉伸;将金属化保护后的轴向拉力灵敏度与裸FBG传感器的轴向拉力灵敏度进行比较,结果显示金属镀层对FBG轴向拉力起到了减敏的效果;验证了减小残余应力影响后的:FBG传感器具有更加优良的轴向拉力传感性能。
(4)从理论和实验两方面分析裸FBG传感器和金属化保护后FBG传感器温度传感特性,验证减小残余应力影响后的FBG传感器具有更加优良的温度传感性能。