光纤光栅传感实验ppt课件

1、光纤光栅传感实验光纤光栅传感实验实验目的实验目的实验原理实验原理实验器材实验器材实验内容与步骤实验内容与步骤思索练习思索练习实验的意义 1978年加拿大通讯研讨中心的K.O.Hill等人初次利用驻波法在掺锗光纤中研讨出世界上第一个永久性的可实现反向方式间耦合的光纤光栅-光纤布拉格光栅以来，对光纤光栅的研讨与运用得到很大的开展。 应变是表征工程构造平安的重要目的,人们通常经过检测构造的应变来评价一项工程的安康情况。 光纤光栅传感器以其灵敏度高、呼应速度快、抗电磁干扰、体积小、易于安装、运用寿命长等特点,在工程构造的平安监测中得到了广泛的运用。1.实验目的v了解光纤光栅传感器丈量应变的原理了解光纤

2、光栅传感器丈量应变的原理 ； v掌握光纤光谱仪的运用掌握光纤光谱仪的运用 ； v丈量等强度梁产生的应变，验证光纤光栅丈量等强度梁产生的应变，验证光纤光栅传感器的波长漂移传感器的波长漂移与应变量与应变量成线性关系成线性关系 ； 2.实验原理1光纤光栅的光谱特性光纤光栅的光谱特性光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光经过掺杂光所谓光纤中的光敏性是指激光经过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内构成的发生相应变化的特性。而在纤芯内构成的空间相位光栅，其作用的本质就是在纤芯

3、空间相位光栅，其作用的本质就是在纤芯内构成一个窄带的透射或反射滤波器内构成一个窄带的透射或反射滤波器或反射镜。或反射镜。光纤光栅光纤光栅( (如图如图1 1所示所示) ) 是性能优良的敏感元件是性能优良的敏感元件, ,它经过栅格反射波长的它经过栅格反射波长的挪动来感应外界物理量挪动来感应外界物理量的微小变化。的微小变化。 图图1 光纤光栅构造光纤光栅构造 根据光纤耦合模实际，当宽带光在光纤光栅中传输时, 将产生方式耦合, 满足布喇格条件的光被反射:2Beffn1其中其中,为光栅周期为光栅周期,neff为有为有效折射率。其他的光将透射效折射率。其他的光将透射过去，如图过去，如图2所示。所示。 图

4、2 光纤光栅传感原理2光纤光栅的应变光纤光栅的应变当光栅周围的温度、应变、应力或其他待测当光栅周围的温度、应变、应力或其他待测物理量发生变化时物理量发生变化时,将导致光栅周期或纤芯折将导致光栅周期或纤芯折射率发生变化射率发生变化,从而产生光栅反射波长的漂移从而产生光栅反射波长的漂移,经过监测反射波长漂移情况经过监测反射波长漂移情况,即可获得待测物即可获得待测物理量的变化情况。理量的变化情况。 由应变导致反射波长的变化的关系式为：由应变导致反射波长的变化的关系式为：(1)P2其中，其中，P为光纤的有效弹光系数，为光纤的有效弹光系数，为应变变化为应变变化量。经过在等强度梁末端加载砝码使之产生应量。

5、经过在等强度梁末端加载砝码使之产生应变。变。 3等强度梁的应变公式等强度梁的应变公式利用如下公式：利用如下公式：2hXl3计算等强度梁产生的应变。其中计算等强度梁产生的应变。其中h为梁的厚为梁的厚度，度，l为梁的固定端到自在端的长度，为梁的固定端到自在端的长度，X为梁为梁的挠度。如图的挠度。如图3所示。所示。blh图图3 等强度梁几何尺寸等强度梁几何尺寸实验测试安装图光谱仪FBG 传感器恒温箱砝码等强度梁耦合器宽带光源3.仪器引见等强度梁实验台等强度梁实验台经过加载砝码产生应变经过加载砝码产生应变光纤光栅应力传感器光纤光栅应力传感器宽带光源和直流电源宽带光源和直流电源光纤光谱仪光纤光谱仪耦合器

6、耦合器法兰盘法兰盘4.实验内容与步骤1光纤光栅的光谱特性光纤光栅的光谱特性光谱仪宽带光源光纤光栅耦合器图4 光谱丈量安装图经过法兰盘、跳线将光纤经过法兰盘、跳线将光纤光栅传感器、宽带光源、光光栅传感器、宽带光源、光纤光谱仪按图纤光谱仪按图4衔接。衔接。设定光谱仪波长范围，扫设定光谱仪波长范围，扫描光纤光栅光谱曲线。描光纤光栅光谱曲线。察看并记录峰值波长、带察看并记录峰值波长、带宽。宽。2光纤光栅的应变测试光纤光栅的应变测试丈量等强度强几何参数丈量等强度强几何参数h、l；将光纤光栅传感器固定在等强度梁上，记录此时将光纤光栅传感器固定在等强度梁上，记录此时 光纤光栅的中心波长。光纤光栅的中心波长。

7、在梁的末端加载砝码，每次加载的砝码分量为在梁的末端加载砝码，每次加载的砝码分量为 250g。丈量并记录每次加载产生的挠度和光纤光。丈量并记录每次加载产生的挠度和光纤光 栅反射波长；栅反射波长；计算每次加载光纤光栅的波长漂移，即加载后的计算每次加载光纤光栅的波长漂移，即加载后的 波长与中心波长的差值。利用公式波长与中心波长的差值。利用公式3计算每计算每 次加载产生的应变。然后将数据记录在表次加载产生的应变。然后将数据记录在表1中。中。 实验数据记录表h = l = 光纤光栅中心波长光纤光栅中心波长 序号序号1 12 23 34 45 56 6挠度挠度X(mm)应变量应变量()反射波长反射波长 (nm)波长漂移波长漂移(nm)(nm)灵敏度灵敏度(nm/(nm/) )5.思索练习 1 不受应力