非均匀应变下FBG光谱传感特性实验研究OA北大核心CSTPCD
Experimental investigation on FBG spectral sensing properties under non-uniform strain
通过激光切割技术,加工带有通孔的悬臂梁结构来构建非均匀应变分布,从而研究光纤布拉格光栅(FBG)在非均匀应变分布下的光谱传感特性.首先仿真分析了悬臂梁表面应变分布情况,随后分别选取均匀FBG(UFBG)和切趾FBG(AFBG)敷设在通过开设通孔构建出的悬臂梁表面非均匀应变分布区域,开展了FBG传感特性实验研究.实验结果表明,随着悬臂梁自由端位移逐渐增加,两种FBG的中心波长和带宽逐渐增大,峰值功率和边模抑制比逐渐降低,但仅中心波长与位移变化具有良好的线性度,位移灵敏度分别为0.1298 nm/mm和0.1582 nm/mm.相对而言,UFBG的反射光谱对非均匀应变分布的变化更为敏感,这对光谱形状传感是有益的.AFBG则表现出一定的抑制或免疫作用,这对中心波长传感是有益的.最后,为了提高灵敏度和实现温度补偿,选取双FBG传感法进行位移测量,测量结果表明双UFBG光谱带宽随位移变化的灵敏度可达0.2826 nm/mm,双AFBG中心波长差随位移变化的灵敏度可达0.3142 nm/mm.
In order to study the non-uniform strain sensing characteristics of fiber Bragg grating(FBG),a circular through hole is opened on the surface of a rectangular cantilever beam with equal section using laser cutting technology,and the displacement is applied to construct non-uniform strain distribution.The surface strain distribution of cantilever beam is simulated and analyzed.Uniform FBG(UFBG)and apodized FBG(AFBG)are pasted on the non-uniform strain distribution area of the cantilever beam surface respectively,and experimental research on the non-uniform strain sensing characteristics of FBG is carried out.The experimental results show that with the increase of displacement,the central wavelength and bandwidth of the two FBGs increase,the peak power and side mode rejection ratio decrease.However,only the center wavelength shows good linearity with the displacement,with the displacement sensitivity of 0.1298 nm/mm and 0.1582 nm/mm for UFBG and AFBG respectively.Relatively speaking,the reflection spectrum of UFBG is more sensitive to the change of non-uniform strain distribution,which is beneficial to the sensing based on spectral shape,while AFBG shows a certain inhibitory or immune effect,which is beneficial to the sensing based on the central wavelength.In addition,in order to improve sensitivity and realize temperature compensation,the double FBG sensing method is selected for displacement measurement.The experimental results show that the displacement measurement sensitivity of double UFBG spectral bandwidth is 0.2826 nm/mm,and the displacement measurement sensitivity of double AFBG central wavelength difference is 0.3142 nm/mm.
刘洪金;杨爽;钱梦雪;彭云涛;张洋;孙苗;汤玉泉;张志荣
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,光子器件与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,光子器件与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031||合肥师范学院光电探测科学与技术安徽高校联合重点实验室,安徽 合肥 230601中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,光子器件与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031||安徽大学物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230039合肥师范学院光电探测科学与技术安徽高校联合重点实验室,安徽 合肥 230601中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,光子器件与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031||国防科技大学先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,光子器件与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031||安徽大学物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230039||合肥师范学院光电探测科学与技术安徽高校联合重点实验室,安徽 合肥 230601||国防科技大学先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
电子信息工程
光纤光学光纤光栅非均匀应变悬臂梁位移测量
fiber opticsfiber Bragg gratingnon-uniform straincantilever beamdisplacement measurement
《量子电子学报》 2024 (004)
690-700 / 11
中国科学院合肥物质科学研究院院长基金(YZJJ2020QN3,YZJJ2022QN02),安徽省科技重大专项(201903b06020014),合肥市自然科学基金(2021021),安徽省高校自然科学研究重点项目(KJ2019A0722,KJ2021A0909),光电探测科学与技术安徽高校联合重点实验室科研业务费专项资金(2019GDTCZD01)
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