基于光纖光柵的扭矩傳感關鍵技術研究.pdf

1、本課題的主要目的是研制一種適用于船用環(huán)境的光纖光柵大扭矩（20kNm）測量系統(tǒng)，現(xiàn)階段任務是在實驗室的環(huán)境下搭建一個小量程（100Nm）的扭矩傳感裝置進行光纖光柵傳感特性、組建傳感網(wǎng)絡、溫度漂移與動態(tài)性能關鍵技術的預言。扭矩測量在船舶、汽車等領域應用極其廣泛，大扭矩測量是本領域的技術前沿，尤其是在特殊、惡劣環(huán)境下應用方面，扭矩測量往往是需要攻克的技術瓶頸之一。船用環(huán)境是一個非常復雜的環(huán)境，總是伴隨著劇烈振動、強電磁干擾、高溫高濕甚至可能

2、在水下等惡劣狀況，因此光纖光柵在這種環(huán)境下可以發(fā)揮出其它電學傳感器無法發(fā)揮的作用?？紤]到特殊環(huán)境（如高濕）下電類傳感器的局限性（如電火花、漏電等），本課題擬研究一種非電的、適合于水下船用環(huán)境大扭矩測量、測試新方法和新系統(tǒng)，研究、掌握核心關鍵技術。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　1.從光纖光柵傳感機理、扭矩測量原理，溫度補償方案等方面入手，建立了光纖光柵扭矩傳感的數(shù)學模型，制定了光纖光柵扭矩測量的實驗方案；
　　2.搭建了光纖光柵

3、靜態(tài)扭矩傳感系統(tǒng)，其中主要包括了光纖光柵扭矩傳感系統(tǒng)的機械設計、敏感元件設計與仿真、以及光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)。然后，圍繞傳感器的性能指標，以線性度、重復性為核心，進行了一系列的扭矩實驗，并在傳感器上加裝了應變片，從而得到了應變片與光纖光柵之間的對比實驗結果。實驗結果所示，該傳感裝置的扭矩靈敏度為22.98pm/Nm，非線性誤差小于0.23％FS，最大重復性誤差小于0.28%FS，并在27℃－70℃之間，最大溫度漂移不大于5pm，獲得了良好的

4、溫度補償效果；
　　3.主要介紹了光纖光柵的波分復用、空分復用、時分復用以及混合復用技術，并闡述了各個技術的優(yōu)缺點和應用場合，最終確定了波分復用、空分復用相結合的光纖光柵組建傳感網(wǎng)絡方案，完成了基于 FBGA模塊的光纖光柵解調(diào)儀的設計與搭建。
　　4.本章介紹了光互連技術在動態(tài)扭矩測量中的應用，以及在光纖傳感網(wǎng)絡中光互連對光信號的影響，分析光信號在光纖信號鏈中的損耗與變化，和對光纖光柵中心波長漂移的影響，并設計了一套基于使用