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等截面悬臂梁FBG传感器应变传递规律研究

Strain Transferring Analysis of Surface FBG Sensor Based on Uniform Cantilever Beam

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摘要

以等截面悬臂梁为研究对象,分析了表面式封装工艺对光纤光栅传感器的应变传递特性的影响,推导了光纤光栅传感器所测应变与实际基体应变之间的关系,得到了应变传递率与平均应变传递率表达式。对影响平均应变传递率的参量进行了详细的仿真分析,结果表明为使光纤光栅能够真实地反映基体的形变,应选用剪切模量较大的物质作为中间层,减小中间层的厚度,增加中间层的长度和宽度,以提高平均应变传递率,减小测量误差。中间层厚度是影响封装结果一致性和重复性的最主要因素,而增大中间层长度和宽度,能有效地提高传感器封装结果的一致性和重复性。

Abstract

The influence of surface packaging process on the strain transfer characteristics of an uniform cantilever beam fiber Bragg grating(FBG) sensor is analyzed. And the relationship between the strain measured by the FBG sensor and the actual strain applied on the substrate is derived, therefore the formula of strain transfer ratio and average strain ratio is obtained.The FBG should be able to reflect the deformation of the substrate in practical applications. For this purpose, a simulation analysis of the parameters which affect the average strain transfer ratio is carried out in details. The results show that the encapsulating process should select larger shear modulus of the material as aintermediate layer. Reducing the thickness and increasing the length and width of the intermediate layer can improve the average strain transfer ratio and reduce the measurement error.The thickness of the intermediate layer is the most important factor which affects the consistency and repeatability of the sensor. However the influence of the thickness on the consistency and repeatability decreases when increasing the length and width of the intermediate layer.

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补充资料

中图分类号:TN253

所属栏目:光纤与光通信

基金项目:国家自然科学基金(11204320、11204319、41405034),国家科技支撑计划(2014BAC17B03),中国科学院科研装备研制专项(YZ201315),中国科学院国际访问学者计划(PIFI, 2015VMA007)资助项目

收稿日期:2016-08-25

修改稿日期:2016-10-13

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作者单位    点击查看

杨爽:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
李俊:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
徐胜明:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
孙苗:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
汤玉泉:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
高岗:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
董凤忠:中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026

联系人作者:杨爽(franky.aiofm@foxmail.com)

备注:杨爽(1990-),男,博士研究生,主要从事光纤光栅传感技术方面的研究工作。

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引用该论文

YANG Shuang,LI Jun,XU Sheng-ming,SUN Miao,TANG Yu-quan,GAO Gang,DONG Feng-zhong. Strain Transferring Analysis of Surface FBG Sensor Based on Uniform Cantilever Beam[J]. OPTICS & OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY, 2017, 15(2): 28-34

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被引情况

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