光纤光栅传感器用于应变监测时定向技术的研究

论文摘要

本文在研究光纤光栅应力传感及弹性材料的力学性能基础上,对光纤光栅在弹性材料内部埋置工艺进行了探索和研究。制作高聚物弹性立方体智能结构感测模块,完成了弹性材料内部应变信息的测量以及应变定向监测技术的研究。首先,利用光纤光栅的布拉格方程,研究了光纤光栅应变传感器的特性,对任意正应力作用下光纤光栅传感模型进行了理论阐述,将传感器的应变灵敏度分解为轴向和径向,在弹光和波导两种效应共同的影响下,得出光纤光栅对轴向应力较径向应力更为敏感的结论;其次,结合弹性材料的力学理论,研究了高聚物在高弹性(橡胶态)的力学行为,并对光纤光栅用于弹性材料内应变测量进行了可行性分析;再次,选用室温双组分硫化硅橡胶作为原料,制作了埋置有自行设计的光纤光栅应变“花”的实验模块,根据各组分调试剂的化学性质及相关化学反应,调节配比来控制反应固化时间以及材料的性能,适当添加调试剂提高光纤光栅与弹性材料的黏结质量,掌握了光纤光栅在上述材料中有效埋置的技术和相关工艺。自制了应力施加装置,通过对上述埋有应变花的模块进行荷载实验,成功地实现了弹性材料内部应变监测及应变定向测量,实验结果与理论预期基本一致。该工作为材料智能化方面的研究提供有价值的参考。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤光栅传感器及其分类
• 1.2 光纤光栅的特点及其应用
• 1.3 基于光纤光栅的材料智能化技术
• 1.4 本文研究的意义及主要内容
• 第2章 光纤光栅传感器结构与传感原理
• 2.1 引言
• 2.2 光纤光栅的结构
• 2.3 光纤光栅的传感原理
• 2.4 光纤光栅的应变传感模型
• 2.5 光纤光栅用于弹性材料应变测量的可行性
• 2.6 本章小结
• 第3章 弹性材料的结构与力学性能
• 3.1 引言
• 3.2 高聚物的结构及状态
• 3.3 弹性高聚物的力学性能分析
• 3.3.1 弹性物体的应力状态
• 3.3.2 弹性物体的应变状态
• 3.3.3 弹性物体应力与应变的关系
• 3.4 弹性高聚物在橡胶态的力学行为
• 3.4.1 大应变理论
• 3.4.2 唯象分析
• 3.4.3 屈服特性
• 3.5 本章小结
• 第4章 弹性模块的制作
• 4.1 引言
• 4.2 原材料的选择
• 4.3 硅橡胶的固化机理
• 4.4 光纤埋置技术
• 4.5 光纤光栅应变花的设计
• 4.6 智能化弹性模块的制作
• 4.7 本章小结
• 第5章 弹性材料中基于光纤光栅传感的应变定向技术
• 5.1 引言
• 5.2 弹性材料内应变的监测
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 智能结构力学模型
• 5.2.3 数据及分析
• 5.3 定向监测技术
• 5.3.1 实验装置
• 5.3.2 智能结构力学模型
• 5.3.3 数据及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所写的论文