光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是目前最有发展前途、最具代表性的光纤无源器件之一。由于它能将被感测信息,如温度和应力的信号,转化为反射波长的偏移,即具有波长编码的特性,因而不受光源功率波动和系统损耗的影响。另外,光纤光栅具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等优点,易于将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列,实现分布式传感,这是其他传感元件无法比拟的。这种传感器在大型结构(如水坝、桥梁、重要建筑和飞行器、舰艇等)和特殊场合(如矿井、油田等的压力容器或压力管道)的安全监测方面具有广泛的应用前景,特别是其现场无电信号因而本质防爆的特点,近年来FBG传感器已经越来越引起人们的重视。 本文的内容是压力容器或压力管道的表面应力测量。以FBG为对象,以理论应变值为真值,对比传统的电阻应变片的测量值,进行研究和分析。 首先对FBG的应变传感特性进行了实验和研究。用光纤光栅本身吊重物,定量研究了FBG的Bragg波长和应变之间的线性关系,即标定了FBG的特性。 其次推导出该压力容器表面圆周向(横向)和轴向应变的理论值曲线。 在容器表面粘贴了8个波分复用的FBG来监测加载后容器的轴向和横向应力,同时在每个测量光栅的旁边各贴上一个电阻应变片,作为对比。分析了FBG和电应变片两种方法的应力测量结果,并与理论值进行对比。 考虑到由于光纤轴向受拉会变细,影响应变测量的结果,因此对受拉应力的光栅,使用了补偿的办法。 在复杂应力条件下,采用简化的方法,使之变成纯拉应力。并对比分析了受复杂应力的FBG与同一受力情况下采用简化受力方式的FBG的应变差别。 可以得到以下结论: 1.在轴向应变上:以理论值为真值,FBG的测量值比应变片测量值精确6%。 2.在横向应变上:以理论值为真值,FBG的测量值与应变片测量值相当,精度提高1%。