区域参考光栅法用于潜水器结构监测的温度补偿研究

针对潜水器结构健康检测系统中光纤光栅应变传感器的应变与温度的交叉敏感问题,提出了一种区域参考光栅温度补偿法。首先,理论分析了光纤光栅的应变与温度交叉敏感机理,并给出了区域参考光栅法模型;然后,针对潜水器结构特点给出选用传感器结构,并用标准计量设备标定其灵敏度系数,同时用统计法实测出结构中各测点的热膨胀灵敏度系数;最后,设计了一套63单元的监测系统,并布设于潜水器结构上,结合潜水器的一次水下作业进行温度补偿试验。结果表明:经过温度补偿后,各应变传感器的测量值与深度具有严格的线性关系,线性度大于0.98;水深为0时,测量值在0点附近很小范围内波动,说明温度补偿效果较好,能有效解决潜水器结构健康监测系统中的应变与温度交叉敏感问题。

基于串联参考光纤光栅法实现应变(应力)测量的温度修正

采用串联参考光纤光栅法,根据交叉敏感产生机理,理论分析和实验验证了光栅周期接近但不相等、其它结构参数和性能基本相同的2个FBG传感器对应变（拉应力）的响应特性,在温度变化范围为30-45℃范围内,测试了拉应力和温度同时作用引起的布拉格波长移动量,当采用修正公式扣除温度影响时,结果证明可以完全消除温度的影响,提高了应变（拉应力）的测量精度,测量相对误差可达0.001%。

基于桥梁结构的FBG传感器温度与应变交叉敏感问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。

基于FBG的钻孔应变传感器研制

为了监测地壳内部的微应力应变,设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的钻孔应变传感器。结合FBG的传感原理,通过有限元分析,构建出曲边三角形的传感应变结构,并根据其传感特点进行相应的封装。使用参考光栅法,在应变片上粘贴两支FBG,在一支FBG测量应变的同时另一支FBG对其进行温度补偿,解决了FBG对温度和应变同时敏感的问题。为了模拟传感器在钻孔中的环境,建立了微应变测试平台。实验结果表明,研制的钻孔应变传感器的灵敏度为0.092 3pm/με,且具有较大的增敏空间。