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FBG(FiberBraggGrating,FBG)传感器,因其优良的传感特性,在桥梁、大坝等基础设施领域以及航空、舰船、雷达等高科技领域业中都有着广泛的应用。而近年来在FBG的应用方式上,还主要集中在对测量对象进行单点或多点离散式的测量,而在结构健康监控、损伤定位、材料安全疲劳评估、智能神经材料等领域中往往要求对材料二维面进行整体评估,离散式的监测已不能完全满足应用需求,因此将FBG传感器应用于二维应变测量,通过合适的算法实现对二维面各部位的监测将是今后发展智能材料所需要解决的一项关键技术。
本文基于FBG应变传感原理,设计并搭建了一套二维应变实时测量系统,系统采用色散光栅解调法,利用虚拟仪器开发平台,结合计算机处理中心和数据采集卡配套硬件,对布设了FBG网络的玻璃纤维板进行二维平面的应变监测,验证了测量方法和拟合解调分析程序的可行性。主要包括:
基于色散光栅解调方法,在LabVIEW虚拟仪器平台上分别采用两种寻峰算法完成了FBG中心波长快速解调的硬件搭建和程序设计。
介绍了利用FBG对二维面进行应变测量的原理,并完成了一维悬臂梁、二维简支梁应变测量系统的硬件搭建工作。对测量系统中的关键技术,如FBG温度去敏技术、1X8路光开关切换、数据同步采集等测量系统关键技术进行了分析,并给出了解决方案。
基于LabVIEW平台完成了一维悬臂梁应变测量系统由离散FBG反射中心波长到连续应变分布拟合算法程序的设计及发布;同时完成了简支梁二维平面应变测量系统由离散FBG反射中心波长到连续二维面应变分布拟合算法以及受力坐标定位程序的设计及发布。
最终结果表明,该二维应变测量系统能够准确采集FBG二维网络传感中应变信号,并能有效的利用程序实现对信号的解调,获得二维平面实时应变信息,可以满足二维应变测量的应用要求。