光纤智能金属结构应力应变理论分析及仿真

为了探索光纤智能金属结构中光纤布喇格光栅(FBG)的温度灵敏度,必须对温度变化时光纤智能结构中FBG所受的应力应变进行分析。分析了FBG经过保护再埋入金属后温度变化时的应力应变,推导了FBG埋入金属后的温度灵敏度公式。以FBG埋入铝合金为例,对埋入金属后的FBG受温度变化时的应力应变进行了理论分析并用ANSYS软件进行了仿真(有限元分析),理论和仿真得到了一致结果。

智能金属结构中光纤表面金属化的研究

为了把光纤传感器埋入金属材料中,需要对光纤传感器进行保护。为此,提出了一种无粗化的光纤表面化学镀工艺,并根据其后续处理的特点,用镀层的结合力、电性能、光亮度以及镀速四个性能指标对化学镀工艺采用正交试验方法进行了优化,获得了最佳化学镀工艺为:25g/LNiSO4.6H2O,20g/LNaH2PO2.H2O,20mL/LC3H6O2,20g/LH3BO3,1g/LNaF,2mg/L糖精,2mg/L硫脲,pH值4.5,温度86℃。该工艺下所得镀层为非晶态N-P镀层,与光纤有较好的结合力。

镀Ni光纤布拉格光栅温度灵敏度分析

为了研究镀Ni光纤布拉格光栅(FBG)的温度灵敏度,根据镀NiFBG的特点,分析了镀NiFBG温度变化时的应力应变,从理论上推导出镀NiFBG的温度灵敏度公式并通过实验进行了验证,用理论证明了镀NiFBG的波长漂移、应力和应变与温度变化成线性关系,分析了镀NiFBG的温度灵敏度与镀层厚度的关系。用AN-SYS软件对镀NiFBG在温度变化时的应力应变进行了仿真。理论分析得到镀层厚度为4.56μm的镀NiFBG的温度灵敏度为14.3306pm/℃,实验值为14.113pm/℃。理论、实验和仿真得到了一致的结果。