【摘要】：人類的繁榮與發(fā)展越來越離不開各種豐富的海洋資源,而海洋資源的開發(fā)離不開各種裝備,如海洋平臺、限彎器、輸油管道等,這些裝備長期處于惡劣環(huán)境中,須對其進(jìn)行健康監(jiān)測。目前,光纖布拉格光柵(FBG)由于其尺寸小、精度高、花費低、靈敏度高、可靠的耐久性、抗電磁干擾性等優(yōu)點,是用于長期結(jié)構(gòu)監(jiān)測的最佳選擇,從而被廣泛應(yīng)用于工程監(jiān)測領(lǐng)域中。但裸光纖光柵易斷裂,需對其進(jìn)行封裝保護(hù)才能在實際工程中應(yīng)用。據(jù)研究,FBG的封裝方式多種多樣,大多以金屬、碳纖維、膠黏劑等封裝為主,但此類封裝的FBG傳感器長期在極端環(huán)境中應(yīng)用,會出現(xiàn)封裝材料腐蝕、膠黏劑以及結(jié)構(gòu)失效等不同程度的損壞。因此需選取一種適合長期在極端環(huán)境中應(yīng)用的封裝材料,使其封裝的FBG傳感器在惡劣環(huán)境中能長期穩(wěn)定地提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。因聚氨酯優(yōu)異的綜合性能(如耐磨、耐腐蝕、質(zhì)輕、耐水解、花費低等),本文選用聚氨酯彈性體作為封裝材料,對用其封裝的FBG傳感器進(jìn)行了以下研究:首先,設(shè)計了腔體為工字型的模具和封裝方法,用預(yù)聚物法制備聚氨酯彈性體(CPU),用手工澆注法對模具內(nèi)的FBG進(jìn)行封裝,制備應(yīng)變傳感器。通過對FBG傳感器進(jìn)行標(biāo)定、測定有效測量范圍、現(xiàn)場應(yīng)用測試對CPU封裝制備的FBG應(yīng)變傳感器的性能進(jìn)行了實驗研究。實驗結(jié)果表明,所制備的FBG應(yīng)變傳感器靈敏、線性度良好,有效測量范圍達(dá)到了14000με。此外,通過光學(xué)顯微鏡觀察CPU與光纖光柵結(jié)合界面,發(fā)現(xiàn)兩者界面結(jié)合沒有明顯的孔隙,且無相對滑移。其次,在封裝測試后發(fā)現(xiàn),上述封裝的FBG傳感器的靈敏度參數(shù)為0.835 pm/με,低于裸FBG的1.2 pm/με。為提高其靈敏度參數(shù),重新設(shè)計了模具腔體,由工字型改進(jìn)為兩端加厚的啞鈴狀。采用新的封裝方法制備FBG應(yīng)變傳感器,通過應(yīng)變標(biāo)定實驗,得出啞鈴狀的FBG傳感器靈敏度參數(shù)為0.926 pm/με,是工字型FBG傳感器的1.1倍。最后,為探究封裝材料對FBG傳感器性能的影響,本文采用不同彈性模量的CPU封裝FBG制備應(yīng)變傳感器。采用預(yù)聚體法制備出模量分別為10、500、1000 MPa的CPU,分別封裝出FBG_1、FBG_2、FBG_3傳感器。通過FBG傳感器的標(biāo)定試驗、老化試驗、有效測量范圍測試、聚氨酯固化對其性能進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)FBG_2傳感器的靈敏性、穩(wěn)定性、有效測量范圍、中心波長漂移量在三者中最高,同時其有效測量范圍達(dá)到20086.433με,靈敏度是裸FBG的1.12倍。因此,建議在實際工程應(yīng)用中依據(jù)實際情況選用彈性模量為10~500 MPa的CPU封裝FBG傳感器。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TQ334.1

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本文編號：2711462