试验设备认知及光纤光栅粘贴实验1.doc

实验一 实验设备认知及光纤光栅粘贴实验一、实验目的对实验室的振动综合实验设备的组成，要有一个详细了解，熟练掌握包括接触式振动器、非接触式激振器、简支梁、悬臂梁等各个系统部件协调工作原理、调试方法以及在振动监测系统中作用，掌握光纤光栅的传感原理以及粘贴方法。二、实验设备WS-ZHT2型振动综合教学实验台光纤光栅解调仪光纤光栅焊接机光纤布拉格光栅（FBG）跳线 AB胶 记号笔 牙签 乙醇 磨砂纸 棉球三、实验原理图1布拉格光纤光栅的应变传感原理光纤光栅是用紫外光刻把折射光栅写入涂硅单模光纤（单光栅），或者更直接更有效的是在光纤退火过程中用短激光脉冲干涉图纹把折射光栅写入涂硅单模光纤中（光栅阵列）。光纤光栅对纤芯中传播的光，能够反射以布拉格波长B为中心一段很窄频谱的窄带光。宽带光入射到光栅后，经过光栅的选择，波长被光栅中心反射波长B的光被反射回来，其余波长的光透射过光栅。光纤光栅的反射或透射波长光谱主要取决于光栅周期和反向耦合模的有效折射率neff，任何使这两个参量发生改变的物理过程都将引起反射或透射波长的漂移，即有： B=2neff （1）其中B为光纤光栅的中心反射波长，为光栅的周期，neff为反向耦合模的有效折射率。由式（1）可以看出。光纤光栅的中心反射波长与光栅的周期和反向耦合模的有效折射率成正比。只有满足（1）条件的波长才能被光纤光栅反射，其余波长的光被其透射。在所有引起光栅布拉格波长漂移的外界因素中，最直接的为应变参量，因为无论是对光栅进行拉伸还是压缩，都势必导致光栅周期L的变化，并且光纤本身所具有弹光效应使得有效折射率neff也随外界应变状态的变化而变化，这为采用光纤布拉格光栅制成光纤应变传感器提供了最基本的物理基础。应力应变引起光栅布拉格波长漂移可以由下式给予描述： （2）式中，为光纤的弹光系数，为应变引起的波长变化的灵敏度系数。四、实验内容与步骤 1 熟悉整套实验装置的使用方法，工作原理，学会基本操作步骤。 2 掌握FBG的应变传感原理。 3 掌握FBG的焊接方法，学会使用焊接机。 4 了解FBG应变传感解调仪的工作原理及使用方法。 5 确定梁上要粘贴光纤光栅的区域，用砂纸在该区域打磨使表面平整，用棉球蘸酒精沿着同一个角度擦拭该区域，然后再用干棉球将该区域擦干燥。 6 用记号笔标记出光栅即将被粘贴的地方，并给出固定光纤光栅的两点，将光纤沿着这两点的方向贴在需要粘贴的位置上。 7 以1:1的比例调好AB胶，先用牙签蘸微量的AB胶涂在固定光纤方向的两点上，固定光纤的粘贴位置，此时要确保光纤光栅是拉直的，然后顺着一个方向，用牙签蘸取少量AB胶，一点一点将光栅部分覆盖。 8 涂好粘接剂后，先让其在空气中干燥510分钟，等待其固化。 9 将粘好的光纤光栅与跳线焊接，然后连接到解调仪上，通过人为振动，初步判断光纤光栅是否焊接成功以及粘贴牢固。五、实验报告要求 1 描述光纤布拉格光栅在该设备上的应变传递原理 2 描述一下粘贴光纤光栅的实验步骤以及接到解调仪上，人工给以振动激励后波形的变化，简要分析为何会有这样的变化。六