摘 要

在我们的日常生活和工作中，存在着大量的需要测量应变的问题。有些微小应变若是测量不够精确，会给人们的生活和工作带来危害。为了保障人民生命和财产的安全，精确测量微小应变有着极其重要的意义。然而对测量准确性的严格要求是常规电磁类传感器所无法达到的，因此以光栅作为敏感元件制作的光纤传感器逐渐得到人们的青睐。

光纤光栅具有体积小、重量轻、可集成、灵敏度高、抗电磁干扰能力强，并且能够实现传感信息波长编码等特点，在传感领域有着极其广泛的应用前景，近些年来，在石油化工、电力工业。医学检验以及能源等领域有着实际的应用。

本论文提出了基于悬臂梁的表面粘贴式光纤布拉格光栅的新型应变传感器，深入探讨了悬臂梁的结构对于FBG温度补偿的影响，研究粘贴式FBG应变传递率理论模型，探索粘贴参数对于FBG应变传递率的影响。并且根据研究成果设计基于FBG应变传感器的称重计。

关键词：FBG传感器，悬臂梁，表面粘贴，应变传递率

Abstract

In our daily life and work, there is a lot of need to measure the problem of strain. Some small strain if the measurement is not accurate enough, will give people the lives and work of harm. In order to protect people's lives and property safety, accurate measurement of tiny strain has a very important significance. However, the rigorous requirements for the accuracy of measurement are the conventional electromagnetic sensors can not be achieved, so the grating as a sensitive element of the fiber optic sensor is gradually getting people's favor.

    Fiber grating with a small size, light weight, can be integrated, high sensitivity, anti-electromagnetic interference ability, and can achieve the characteristics of sensor information wavelength coding, in the field of sensing has a very wide range of applications in recent years, in the petrochemical , Power industry. Medical testing and energy and other fields have a practical application.

In this paper, a new type of strain sensor based on cantilever beam-mounted fiber Bragg grating is proposed. The influence of cantilever structure on FBG temperature compensation is discussed. The theoretical model of FBG strain transfer rate is studied, and the parameters of FBG strain transfer The impact of the rate. And based on the research results designed based on FBG strain sensor weighing meter.

Key words: FBG sensor, cantilever beam, surface paste, strain transfer rate

目录

摘要 II

Abstract III

第1章 绪论 2

1.1课题提出的目的及意义 2

1.2光纤光栅发展概况及国内外研究现状 3

1.3 3D打印技术的发展史 3

1.4论文主要工作 4

第2章 光纤光栅的传感原理与系统设计 5

2.1 光纤光栅传感器的基本原理 5

2.2表面粘贴式FBG应变传感器应变传递分析 8

2.3影响参数分析 13

2.4解调技术 16

2.4.1光纤光栅应变传感系统的组成 16

2. 4 .2解调原理 17

第3章 3D打印原理及流程 19

3.1 Auto CAD概述 19

3.2 3D打印原理 19

3.3 打印流程 20

3.3.1三维设计 20

3.3 2切片处理 21

3.3.3完成打印 21

第4章 应变传感系统的设计与实验 22

4.1 悬臂梁模型的研究与设计 22

4.2 实验装置 24

4.3 实验数据与分析 25

第5章 总结 28

参考文献 29

第1章 绪论

1.1课题提出的目的及意义

光纤光栅现在已经逐渐成为传感领域的主流器件，它是在光纤的纤芯内，介质折射率呈周期性调制的一种光纤无源器件。光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率能够影响它的反射峰或透射峰的波长，而光纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率与外界温度的变化或者应变的变化有关，所以温度或应变等因素会引起光纤光栅的反射峰或透射峰的波长的变化，这便是光纤光栅传感器的基本工作原理。因此，光纤光栅所能够直接传感和测量的两个最基本的物理量是温度与应变，这两个物理量是其它物理量传感的基础，其它各种物理量的传感都是先转化为光纤光栅的应变和温度传感，然后实现传感的。

光纤光栅传感器目前来说已经成为了新型的传感器，其应用领域非常的广泛，可以用来测量许多不同类型的物理量，例如应变、温度、振动、电压以及一些化学量。在许多领域如航空航天、工程建设、测绘测量、实验监测等方面越来越受到人们的青睐。其主要技术优势包括：

1. 可靠性比较好、具有比较强的抗干扰能力。
2. 测量精度高。由于其是利用波长的微小改变来实现传感的，所以能够十分精确的反映温度或者灵敏度的变化。

（3）传感头结构相比较于其他的传感器，比较简单，尺寸也较小，能够灵活的适于各种不同的应用场合。

（4）可以抗电磁干扰、抗腐蚀，能够适应恶劣的工作环境，在一些极端环境下仍然能保持良好的工作性能。