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光纤传感器应用实例
武汉理工大学机电学院测控系
赵燕
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叶片参数的光纤光栅测量实验
叶片运转速度较高
传统的应变片测量法,应变片容易脱落,而且其具有质量会影响叶片的动平衡,最后可能导致结果误差很大。
光纤光栅传感器结构简单、尺寸小、精度高,可以进行大面积的多点测量(或说分布式测量)而且信号传输也方便。
所以实验测量采用的是光纤布拉格光栅( FBG)。
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20世纪90年代发展起来
基础性光纤器件
1978年Hill等人第一次报道了用氛离子激光器产生的两束可见光在光纤芯中曝光而产生干涉图样,从而可以形成折射率周期变化的Bragg光纤光栅。
1989年,Grrey Meltz等人报道了光纤光栅也可以从光纤的侧面用激光器为光源产生的244 nm的紫外光激光束对光纤芯干涉曝光得到光纤Bragg光栅。
光纤布拉格光栅( FBG)
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光纤布拉格光栅( FBG
光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。
光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时,在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化,从而形成永久性空间的相位。
光纤光栅的折射率将随光强的空间分布发生相应变化。而在纤芯内形成的空间相位光栅,其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时,满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射。其余的波长将透过光纤光栅继续往前传输。利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。
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光纤光栅测量原理
当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时,光栅的周期或纤芯折射率将发生变化,从而使反射光的波长发生变化。通过测量物理量变化前后反射光波长的变化,就可以获得待测物理量的变化。
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光纤光栅传感系统组成
宽带光源
光纤光栅传感器
信号解调
光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息。外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。
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光纤导线绕法及传感器布置
图1 光纤导线绕法图2 传感器布置
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实验平台
PC机一台
光波解调仪器一台
稳压电源一个
准字器一个
外部防护罩子一个
光栅传感器若干
支撑铁板
准字器支撑架
试验风扇叶片4个
显示器显示的是静止即初始状态光纤光栅中心波长
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光纤光栅传感系统中信号解调
光信号处理
完成光信号波长信息到电参量的转换,即传感器的中心反射波长的跟踪分析是解调的关键。
电信号处理
完成对电参量的运算处理,提取外界信息,并以人们熟悉的方式显不出来。
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试验设备的调试过程
打开中心波长数据处理软件,确认显示的波长个数与传感器布置数目是否一致。
观察波长变化量是否稳定。如跳动大且持续时间长,需要检查准字器是否对中和信号线或传感器受外界干扰。
如无上述情况,像图中粗线所显示的一样平稳,这时就可以开始加大电压,开始实验。
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