实验二 光纤光栅动态应变测试实验
一、实验目的
当简支梁受外载荷情况下，学会用光纤光栅传感器测量其表面某点的应变，加深对光纤光栅动态应变测试的理解。在实验过程中采集数据，分析并处理数据，并做时域分析。
二、实验设备
WS-ZHT2型振动综合教学实验台
光纤光栅解调仪
光纤光栅焊接机
光纤布拉格光栅（FBG ）
三、实验原理
在材料力学中，由梁弯曲变形的基本公式得：
z
y =I M σ （1） 矩形截面，惯性矩
3z b h I =12
（2） 由胡克定律可知：
=E σε （3）
注：45号钢弹性模量E=209Gpa
应力应变引起光栅布拉格波长漂移可以由下式给予描述：
()Δεk ΔεPe 1λεΔλεB B =-= （4）
式中，Pe 为光纤的弹光系数，εk 为应变ε引起的波长变化的灵敏度系数。对于带有中心反射波长B λ， 的典型的石英光纤，轴向应变ε和波长漂移B Δλ有如下关系：
B Δλ/B λ=0.78ε （5）
说明：1nm=103
pm 1pm ≈1με
四、实验内容与步骤
1 测量出简支梁的长宽高以及所测点在的位置，根据公式（1）、（2）、（3），给出在激励F 作用下所测点对应的应变该变量ε，即F 与ε的关系。
2 在静载荷下采集波长，求得波长的平均值0λ
3 在同一频率下分别施加F1、F2、F3，分别采集所对应的波长13λλλ、2、，求出波长变化量13λλλ???、2、（0=-λλλ?）
，然后分别代入（5）式中计算得应变13εεε、2、 3 每一实验小组分别选三个频率，分别在每个频率下施加F1、F2、F3，通过采样、计算后得到应变13εεε、2、。
4 绘出时域上的应变图，进行频谱分析，观察频谱图中频率大小是否与实验中所给频率大小相同，分析时域图中应变变化与力的变化的关系，从而判断实验与理论是否吻合。
五、实验报告要求
1 从理论上推导外载荷F 与应变ε之间的关系
2 先在静态下求出波长平均值0λ，通过加外载荷实验得到的波长λ，算出变化量λ?，再转化成应变ε，用EXCEL 或MATLAB 绘制时域图，并分析图形走势
3 频谱分析，试着从频谱上观察振动频率，振动幅值。
六、思考题
比较一下理论与实际应变的差异，思考一下产生这些差异的因素有哪些。
试验一电阻应变片的粘贴技术与静态电阻应变仪的使用一、试验目的 （1）掌握电阻应变片的选用原则和方法。 （2）学习常温用电阻应变片粘贴技术。 （3）熟悉静态电阻应变仪的操作规程。 （4）掌握静态电阻应变仪单点测量与多点测量的基本原理。 （5）学会电阻应变片作半桥及全桥测量的接线方法。 （6）验证电桥的桥路特性，测取不同接桥方式的桥路桥臂的灵敏系数。 二、试验设备及器材 （1）等强度梁一根。 （2）万用表。 （3）粘结剂（502快干胶及305型AB胶、丙酮等）。 （4）常温用电阻应变片。 （5）电烙铁、镊子、放大镜及其他工具。 （6）测量导线若干。 （7）加载砝码。 （8）静态电阻应变仪及预调平衡箱。 三、实验方法及步骤 （1）电阻应变片的粘贴。 ①检查、分选电阻应变片——用放大镜剔除丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。用万用表测量各应变片电阻值，进行电阻值选配。同一测区用片的电阻值相差不得超过仪器可调平的允许范围。 ②试件测点表面准备——用砂纸等工具除去试件待测表面漆层、电镀层、锈斑、污垢覆盖层，划出测点定位线，然后用0#砂纸磨平，再打成与测量方向成45°交叉的条纹，最后用棉球蘸丙酮沿一方向擦拭干净。 ③贴片——使用502快干胶，要掌握时机，左手捏住应变片引线，右手上胶，胶水应均而薄（多用反而不好）。待一分钟左右，当胶水发黏时，校正方向贴好，再垫上玻璃纸（最好用聚乙烯类非极性塑料薄膜），用手指稍加滚压即可。
用环氧树脂胶贴片时，先需在待测面上涂一薄层胶液，将应变片放上，轻轻校正方向，然后盖上一张玻璃纸，用手指朝一个方向滚压应变片，挤出气泡和过量的胶液，保证胶层尽可能地薄而均匀，而在应变片周围应有胶液溢出效果才好。贴片后垫上橡皮等，用重物或夹具加压，压力为0.05~0.1MPa，24小时固化后方可进行
实验一光纤的几特性测试实验 姓名：学号： 一、实验的目的和意义 1、了解光纤的基本结构 2、学习光纤的处理法，包括光纤的剥线、端面切割和清洗等等法 3、利用显微镜并结合探测器放大分别观察单模和多模光纤端面结构 4、学会Matlab处理实验数据 5、掌握光学实验注意事项和实验室安全隐患及事故处理法 光纤的应用越来越广泛，了解光纤的机构、性能具有十分重要的意义。光学主要有纤芯和包层组成，纤芯由高度透明的介质组成，包层是折射率低于纤芯折射率的介质，并经过格的工艺制成光纤，光纤还要由多层保护层保护，起着增强机械性能、保护光纤的作用。 光纤的结构特性影响光纤的特性，并决定着光纤的用途，低损耗、高效率一直都是光纤的发展目标，光纤的各种特性参数（保护几参数、传光特性、加载特性、微弯特性等）的测量时光纤应用的重要依据，同时也促进各种测量技术的发展。[1]光纤按折射率分布可以分为阶跃型光纤和渐变型光纤，按模式可以分为单模光纤和多模光纤。 光纤的损耗因素众多，包括传输损耗、连接损耗、弯曲损耗、色散吸收损耗等等，光纤损耗可以用光时域反射技术等测量。[2]
本实验希望通过观测光纤的结构参数来测试光纤的性能，并更好的理解光纤的特性，观察光纤结构分析其带来的损耗影响。因为光纤较脆弱，所以日常使用的光纤有多层保护，所以首先要获取只有包层和纤芯的裸纤，然后采用显微镜结合电子探测器探测放大得到光纤的端面图像，从而分析其性能等。[3] 二、实验的系统结构和实验步骤 1、实验的系统结构 实验主要包括制作裸纤端面样本和观察端面结构两个部分，需借助剥线器得到裸纤，并进行端面处理，将得到的样本放在显微镜—探测器放大系统下观察，并利用计算机获取处理数据。 实验系统的基本结构图如下： 2、实验仪器 光纤、剥线钳、剪刀、棉球、酒精、光纤切割机、基片、双面胶、显微镜、探测器、电脑 3、实验步骤
YD-28A型动态电阻应变仪 操作规程及保养规程 YD-28A型动态电阻应变仪是一种具有自动平衡功能的动态电阻应变分析仪，主要用于实验应力分析及动力强度研究中测量结构及材料任意部位变形的动态应变测量仪器，也可作静态应变测量。 一、主要技术指标 ⑴基本参数： ①通道数：4通道或8通道组合式。 ②测量方式：全桥、半桥、1/4半桥。 ③输入特性范围：最大输入信号为±100mv、应变为±100000με，输 入阻抗高于100MΩ。 ④使用电阻应变计的范围：60Ω-1000Ω。 ⑤供电电源：～220V。 ⑵主要技术指标： ①线性误差：不大于±0.1%F.S。 ②标定误差：标定误差不大于标定值±0.5%。 ③衰减误差：衰减误差不大于±0.5%F.S。 ④频率响应范围：DC-2kHz(误差不大于±0.5dB)。 ⑤稳定性:a.温度变化对零点的影响不大于±0.1%F.S/℃,对灵敏度 的影响不大于±0.05%F.S/℃； b.两小时内，零点漂移不大于±0.5%F.S，对灵敏度影响不大于± 0.5%F.S。
⑥电桥平衡方式和范围：采用自动抵消平衡方式，平衡范围不小于± 1%（约±5000με）自动平衡精度，折合到输入端为±10με。 二、操作规程 1.在断开电源情况下，接好测试系统所有连线。 2.打开电源开关，操纵仪器进入测试程序。 3.进行“通道”“衰减”“标定”“频率”“灵敏系数”等必要设置，经确认正确无误后，即可开始采集测试并自动存盘。 4.测试结束后，进入数据读取，显示波形，确认全部测试无误后即可结束测试。 5.测试结束后，断开电源，整理、清洁和包装好仪器。 三、保养规程 1.仪器用完后，应把全部连接线拆除，并将仪器盖好，以防灰尘。 2.仪器长期不用时应定期通电，最少每季度应进行一次。 3.仪器移动时防止剧烈震动和冲击。
实验报告 课程名称： 光通信技术实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：光纤基本特性测试（一）实验类型： 基础型 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 实验1-2 光纤数值孔径性质和测量 一、实验目的和要求 1、熟悉光纤数值孔径的定义和物理意义 2、掌握测量光纤数值孔径的基本方法 二、实验内容和原理 光纤数值孔径（NA ）是光纤能接收光辐射角度范围的参数，同时它也是表征光纤和光源、光检测器及其它光纤耦合时的耦合效率的重要参数。图一表示阶梯多模光纤可接收的光锥范围。因此光纤数值孔径就代表光纤能传输光能的大小，光纤的NA 大，传输能量本领大。 NA 的定义式是： 式中n0 为光纤周围介质的折射率，θ为最大接受角。n1和n2分别为光纤纤芯和包层的折射率。光纤在均匀光场下，其远场功率角分布与理论数值孔径NAm 有如下关系： 其中θ是远场辐射角，Ka 是比例因子，由下式给出： 专业： 姓名： 学号： 日期： 地点： 装 订 线
式中P(0)与P(θ)分别为θ= 0和θ=θ处远场辐射功率，g 为光纤折射率分布参数。计算结果表明，若取P(θ) / P(0) = 5%，在g≥2时Ka的值大于0.975。因此可将P(θ)曲线上光功率下降到 θ的正弦值定义为光纤的数值孔径，称之为有效数值孔径： 中心值的5%处所对应的角度 e 本实验正是根据上述原理和光路可逆原理来进行的。 三、主要仪器设备 He-Ne 激光器、读数旋转台、塑料光纤、光纤微调架、毫米尺、白屏、短波长光功率计一套（功率显示仪1件、短波光探测器1只）。 四、实验步骤 方法一：光斑法测量（如图２） 1、实验系统调整； a．调整He-Ne激光管，使激光束平行于实验平台面； b．调整旋转台，使He-Ne激光束通过旋转轴线； c．放置待测光纤在光纤微调架上，使光纤一端与激光束耦合，另一端与短波光探测器正确连接； d．仔细调节光纤微调架，使光纤端面准确位于旋转台的旋转轴心线上，并辅助调节旋转台使光纤的输出功率最大。 2、测输出数值孔径角θo。 a. 移开光探测器，固定光纤输出端； b. 分别置观察屏于距光纤端面L1、L2 距离处，测量观察屏上的光纤输出圆光斑直径D1、D2，计算两次读数差ΔL和ΔD，得输出孔径角为：θo=arctan[ΔD/（2ΔL）]； c. 多次测量求平均值。（注：如果圆光斑边界不清晰，一般是由于出射光功率太强引起的，适当旋转读数台减小耦合效率，直至得到一个清晰圆光斑为止。）
实验光纤布拉格光栅（FBG ）应变实验研究 【实验目的】 1) 了解光纤光栅传感器基本原理及FBG 应变测量的基本公式。 2) 了解飞机驾驶杆弹性元件的力学特性。 3) 学习光纤光栅应变测量的基本步骤和方法。 【实验原理】 1.光纤光栅传感器的基本原理及FBG 应变测量的基本公式 光纤布喇格光栅（Fiber Bragg grating, FBG ）用于传感测量技术，主要是通过外界物理量的变化对光纤光栅中心波长的调制来获取传感信息，因此它是一种波长调制型的光纤传感器。FBG 传感原理如图1所示。 图1中，当一束入射光波进入FBG 时，根据光纤光栅模式耦合理论，当满足满足相位 匹配条件时，反射光波即为FBG 的布喇格波长λB ，λB 与有效折射率n eff 和光栅周期Λ的关系为 Λ2eff B n =λ（1) 由式(1)可以知：n eff 与Λ的改变均会引起光纤光栅波长的改变，而且n eff 与Λ的改变与应变和温度有关。应变和温度分别通过弹光效应与热光效应影响n eff ，通过长度改变和热膨胀效应影响周期Λ，进而使λB 发生移动。将耦合波长λB 视为温度T 和应变ε的函数，略去高次项，则由应变和温度波动引起的光纤光栅波长的漂移可表示为 Λ ?+?Λ=?eff eff B 22n n λ (2) I λ I 输入光波 反射光波 透射光波 图1 FBG 传感原理示意图
由式(2)可知光纤光栅中心波长漂移量?λ对轴向应变?ε和环境温度变化?T 比较敏感。通过测量FBG 中心波长的变化，就可测量外界物理量的变化值（如应变、温度等）。 光纤光栅轴向应变测量的一般公式为 ()ελλe B Bz 1p -=?，也是裸光纤光栅轴向应变测量的计 算公式。由上式可知，?λBz 和ε存在线性关系，因此通过解调装置检测出布拉格波长的偏移量?λ，就可以确定被测量ε的变化。 2. 飞机驾驶杆弹性元件的力学特性 杆力传感器弹性元件采用平行梁形式，其结构如图2所示。弹性元件由互相交叉90°的两对关联平行梁组成一个测力悬杆，其中一组感受纵向作用力，另一组感受横向作用力，上下部分连为一体，增加了梁的刚度，提高了梁的固有频率并具有良好的散热条件。对其中每一方向作用力，由于其侧向刚度大，于是侧向负载能力强，与施加力平行的一对平行梁轴向应变可以忽略不计，外加力主要使与作用方向垂直的一对平行梁变形。 杆力传感器弹性元件为方框平行梁结构，为便于分析和简化计算，将方框平行梁简化为 一超静定刚架，力学模型如图3(a)所示。 因为刚架计算通常忽略轴力对变形的影响，力学模型又可进一步简化为一个反对称载 荷作用的刚架，简化后的力学模型如图3(b)所示，其中P=1/2P 0。将受反对称载荷作用的刚 架沿水平对称轴截开，这时垂直梁的截面上有三对内力力，即一对剪力X 、一对轴力N 、一对弯矩M ，多余约束力如图3(c)所示。根据结构力学反对称结构对称的外力为零的理论，因 图2弹性元件结构简图 (纵向) ) 图3简化后的模型 (a)超静定刚架结构 P 0 h (c) 多余未知力图 P P (b) 简化后力学模型 P P a
常见光纤光栅传感器工作原理 光纤光栅传感器的工作原理 光栅的Bragg波长λB由下式决定：λB=2nΛ （1） 式中，n为芯模有效折射率，Λ为光栅周期。当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。如利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变化不同，可实现对磁场的直接测量。此外，通过特定的技术，可实现对应力和温度的分别测量，也可同时测量。通过在光栅上涂敷特定的功能材料（如压电材料），还可实现对电场等物理量的间接测量。 1、啁啾光纤光栅传感器的工作原理 上面介绍的光栅传感器系统，光栅的几何结构是均匀的，对单参数的定点测量很有效，但在需要同时测量应变和温度或者测量应变或温度沿光栅长度的分布时，就显得力不从心。一种较好的方法就是采用啁啾光纤光栅传感器。 啁啾光纤光栅由于其优异的色散补偿能力而应用在高比特远程通信系统中。与光纤Bragg光栅传感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下啁啾光纤光栅除了△λB的变化外，还会引起光谱的展宽。这种传感器在应变和温度均存在的场合是非常有用的，啁啾光纤光栅由于应变的影响导致了反射信号的拓宽和峰值波长的位移，而温度的变化则由于折射率的温度依赖性（dn／dT），仅影响重心的位置。通过同时测量光谱位移和展宽，就可以同时测量应变和温度。 2、长周期光纤光栅（LPG）传感器的工作原理 长周期光纤光栅（LPG）的周期一般认为有数百微米，LPG在特定的波长上把纤芯的
光耦合进包层：λi=（n0-niclad）。Λ。式中，n0为纤芯的折射率，niclad为i阶轴对称包层模的有效折射率。光在包层中将由于包层／空气界面的损耗而迅速衰减，留下一串损耗带。一个独立的LPG可能在一个很宽的波长范围上有许多的共振，LPG共振的中心波长主要取决于芯和包层的折射率差，由应变、温度或外部折射率变化而产生的任何变化都能在共振中产生大的波长位移，通过检测△λi，就可获得外界物理量变化的信息。LPG在给定波长上的共振带的响应通常有不同的幅度，因而LPG适用于多参数传感器。 光纤光栅传感器的应用 1、在民用工程结构中的应用 民用工程的结构监测是光纤光栅传感器最活跃的领域。力学参量的测量对于桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物等的维护和状况监测是非常重要的。通过测量上述结构的应变分布，可以预知结构局部的载荷及状况。光纤光栅传感器可以贴在结构的表面或预先埋入结构中，对结构同时进行冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等，以监视结构的缺陷情况。另外，多个光纤光栅传感器可以串接成一个传感网络，对结构进行准分布式检测，可以用计算机对传感信号进行远程控制。 光纤光栅传感器可以检测的建筑结构之一为桥梁。应用时，一组光纤光栅被粘于桥梁复合筋的表面，或在梁的表面开一个小凹槽，使光栅的裸纤芯部分嵌进凹槽得以保护。如果需要更加完善的保护，则最好是在建造桥时把光栅埋进复合筋，由于需要修正温度效应引起的应变，可使用应力和温度分开的传感臂，并在每一个梁上均安装这两个臂。 两个具有相同中心波长的光纤光栅代替法布里－珀罗干涉仪的反射镜，形成全光纤法布里－珀罗干涉仪（FFH），利用低相干性使干涉的相位噪声最小化，这一方法实现了高灵敏度的动态应变测量。用FFPI结合另外两个FBG，其中一个光栅用来测应变，另一个被保护起来，免受应力影响，以测量和修正温度效应，所以FFP～FBG实现了同时测量三个量：温度、静态应变、瞬时动态应变。这种方法兼有干涉仪的相干性和光纤布拉格光栅传感器的优点。已在5mε的测量范围内，实现了小于1με的静态应变测量精度、0.1℃的温度灵敏度和小于1nε/（Hz）1/2的动态应变灵敏度。
摘要：文章介绍了动态电阻应变仪工作原理及应用、阐述检定步骤，总结使用和维护注意事项。 关键词：动态电阻应变仪；原理；检定；维护 1 动态电阻应变仪的原理及应用 应变仪是测量结构及材料在荷载作用下变形的应力分析仪器。如果配备相应的传感器，也可测量力、压力、扭矩、位移、振幅等物理量或物理量变化过程。它是实验应力分析的可靠工具。应变仪按其测量应变变化频率范围可分为静态应变仪和动态应变仪。动态电阻应变仪应用于测量随时间变化的动态应变，其工作频率一般在5千赫兹以下。它由测量电桥、放大器和滤波器等组成。动态应变仪要与记录器配套使用，记录结果可直接反映被测应变信号的大小和变化。 常用动态应变仪有：江苏东华测试技术股份有限公司生产的dh5908g无线动态应变测试分析系统，日本生产的pcd-300动态应变仪，北京东方振动和噪声技术研究所生产的sa-4动态应变仪，日本生产的dra-107a动态数据采集仪，德国生产的cronos-pl2-dio动态应变仪。动态应变仪应用实例有：飞机发动机涡轮转子叶片台架试验，用高温应变计测叶片动应力，模拟返回舱结构在起吊和运输过程中动应力测试，空调机管路动应力测试，铁路机车转向架构架动应力测试。 2 动态电阻应变仪的检定步骤 由于电阻应变仪的广泛使用，对电阻应变仪进行定期校准或检定，以确保其测量结果的准确、可靠是十分必要的。根据jjg 623-2005《电阻应变仪》检定规程，动态电阻应变仪后续检定需要检定外观和开关状态、示值误差、非线性误差、标定值误差、衰减误差、频响误差、低通滤波器滤波特性、零位漂移和示值稳定性等项目。其检定一般步骤和方法如下：（1）按仪器说明书所规定的方法接线，预热，对应变仪外观和开关状态进行检查，然后将动态应变仪进行零位平衡和灵敏度调定。 （2）示值误差检定：若被检应变仪系统由“应变仪+数据采集器+计算机”组成，则需进行该项检定。用标准模拟应变量校准器给出被检定点的标准应变值，从计算机上读取该应变读数值，计算被检应变仪系统示值误差。 （3）非线性误差检定：取基本量程上限值的0%，20%，40%，60%，80%，100%为检定点。由标准模拟应变量校准器依次给出各检定点的标准应变值，从被检应变仪上读取相应读数值，计算被检应变仪的非线性误差。 （4）标定值误差检定：若被检应变仪带有内部标定器时，则需进行该项检定。一般采用替代法进行检定。由被检应变仪内部标定器和标准模拟应变量校准器分别给出大小相等、方向相同的应变值，在被检应变仪上读出相应读数值，计算其标定值误差。 （5）衰减（增益）误差检定：若被检应变仪带有衰减（增益）开关时，则需进行该项检定。调整被检应变仪初始状态，读取零位值。衰减量程r为×1时，将标准模拟应变量校准器的示值置于被检应变仪基本量程上限值，读取读数值。改变量程，同时相应改变标准模拟应变量校准器的示值，读数，计算衰减（增益）误差。 （6）稳定度检定：将标准模拟应变量校准器的示值置于零位，进行零位平衡，从被检应变仪读数装置上读取零位值。在2h内，第1小时每隔15min，以后每隔30min，分别从应变仪上读取相应零位值，计算被检应变仪的零位漂移。将标准模拟应变量校准器的示值置于被检应变仪基本量程上限值，从被检应变仪上读取读数值，然后将标准模拟应变量校准器的示值置零，读取零位值。在2h内，第1小时每隔15min，以后每隔30min，读取相应读数值和零位值，计算被检应变仪的示值稳定性。 （7）频率响应误差检定：不同供桥电压的动态应变仪，其频率响应误差的检定方法不同。
实验一光纤的几何特性测试实验 姓名：学号： 一、实验的目的和意义 1、了解光纤的基本结构 2、学习光纤的处理方法，包括光纤的剥线、端面切割和清洗等等方法 3、利用显微镜并结合探测器放大分别观察单模和多模光纤端面结构 4、学会Matlab处理实验数据 5、掌握光学实验注意事项和实验室安全隐患及事故处理方法 光纤的应用越来越广泛，了解光纤的机构、性能具有十分重要的意义。光学主要有纤芯和包层组成，纤芯由高度透明的介质组成，包层是折射率低于纤芯折射率的介质，并经过严格的工艺制成光纤，光纤还要由多层保护层保护，起着增强机械性能、保护光纤的作用。 光纤的结构特性影响光纤的特性，并决定着光纤的用途，低损耗、高效率一直都是光纤的发展目标，光纤的各种特性参数（保护几何参数、传光特性、加载特性、微弯特性等）的测量时光纤应用的重要依据，同时也促进各种测量技术的发展。[1]光纤按折射率分布可以分为阶跃型光纤和渐变型光纤，按模式可以分为单模光纤和多模光纤。 光纤的损耗因素众多，包括传输损耗、连接损耗、弯曲损耗、色散吸收损耗等等，光纤损耗可以用光时域反射技术等测量。[2] 本实验希望通过观测光纤的结构参数来测试光纤的性能，并更好的理解光纤的特性，观察光纤结构分析其带来的损耗影响。因为光纤较脆弱，所以日常使用的光纤有多层保护，所以首先要获取只有包层和纤芯的裸纤，然后采用显微镜结合电子探测器探测放大得到光纤的端面图像，从而分析其性能等。[3] 二、实验的系统结构和实验步骤 1、实验的系统结构 实验主要包括制作裸纤端面样本和观察端面结构两个部分，需借助剥线器得到裸纤，并进行端面处理，将得到的样本放在显微镜—探测器放大系统下观察，并利用计算机获取处理数据。 实验系统的基本结构图如下： 2、实验仪器 光纤、剥线钳、剪刀、棉球、酒精、光纤切割机、基片、双面胶、显微镜、探测器、电脑
The research of FBG pressure sensing on the application of engineering ABSTRACT Fiber grating is one of the most rapid passive optical fiber components in recent years. Since 1978, the year when K.O.Hill and others first used the standing wave writing way in the germanium-doped fiber and make the world's first fiber grating, because of its’ many unique advantages, the use of the fiber grating in optical fiber communications Fields and fiber optic sensor Fields are broad prospected. With fiber grating manufacturing technology continues to improve, and the outcome of the application increasing, the fiber grating has been one of the most promising and representative optical passive components. The emergence of fiber grating makes many of the complex all-fiber communications and sensor networks possible, which greatly widened the scope of application of optical fiber technology. As sensor component, fiber grating also possesses other special functions. For example, high ability of resisting electromagnetism disturb, small size and weight, high temperature-proof, high ability of multiplex, being liable to connect with fiber, low loss, good spectrum characteristic, erosion-proof, high sensitivity, being liable to deform and so on. At present, the sensor that adopts FBG (fiber Bragg grating) as sensor components has become the main stream of development and cultivation. Pressure is the direct cause of the drifting of the Bragg wavelength of the grating, so research on the FBG pressure sensing character in-depth is important to the FBG sensing technology. The design is on the basis of understanding of FBG sensing elements; explore the using of FBG pressure character, so research on the FBG pressure sensing character in-depth is important to the FBG sensing technology. Bring forward a package project that can be used and the text.
电阻应变片和电阻应变仪 纯弯曲梁正应力测量、弯扭组合主应力 弯矩 扭矩测量 一、应变片及电桥 1. 电阻应变片 把一段细的金属丝，夹贴在两张绝缘纸之间，就构成一个最简单的应变片,如图5-11所示。应变片用特制的胶水，贴在构件的测点上。金属电阻丝承受拉伸或压缩变形的同时，电阻也将发生相应变化。实验结果表明，在一定应变范围内，电阻丝的电阻改变率R R ?与应变l l ε?=成正比，即 εS k R R =? （5-1） 式中s k 为比例常数，称为电阻丝的灵敏系数。 如将单根电阻丝粘贴在构件的表面上，使它随同构件有相同的变形。从式（5-1）看出，如能测出电阻丝的电阻改变率，便可求得电阻丝的应变，也就是求得了构件在粘贴电阻丝处沿电阻丝方向的应变。由于在弹性范围内变形很小，电阻丝的电阻改变量?R 也就很小。为提高测量精度，希望增大电阻改变量，这就要求增加电阻丝的长度；但同时又要求能反映一“点”处的应变，因此把电阻丝往复绕成栅状，这就成为电阻应变片。和单根电阻丝相似，电阻应变片也有类似于式（5-1）的关系， εk R R =? （5-2） 式中比例常数k 称为电阻应变片的灵敏系数，它是电阻应变片的重要技术参数。 2. 温度补偿片 实验时不仅受力使应变片的电阻发生变化，当温度变化时，也会使应变片的电阻变化，从而引起测量上的误差。为此，要采取下述措施： 设R 1为贴在构件上的应变片，R 2应选用与R 1规格型号完全相同的应变片，贴在与R 1 图5.11 应变片的构造
相同材料的构件上，R 1只是受力的作用，R 2不受力。 当温度变化时，由于温度变化而引起的电阻变化在R 1和R 2上相同。由惠斯登电桥原理可知，这时读数ε就不再受温度变化的影响，故R 2就叫做补偿片。 3. 横向效应 应变片是沿着长度方向工作的，当垂直于长度的方向有变形时，也会使应变片输出读数，从而引起误差，这种现象叫做横向效应。产生横向效应的原因，是因为应变片系由许多金属丝并联而成的。在并联处，也就是沿横向也出现了“工作段”。 横向效应越小越好，但不可能全无。在精密的测量中，要根据应变片的横向效应系数，用指定的公式对读数进行修正。 4. 应变电桥 应变电桥有半桥接法和全桥接法两种。当用两个贴在测点上的应变片代替电桥上的两个桥臂，另两个桥臂由仪器内部的固定电阻来担任时，称为半桥接法。当贴在四个测点上的应变片，组成测量电桥时，称为全桥接法。 )(4 43211εεεε-+-=?k E U BD （5-9) 上式表明，由应变片感受到的)(4321εεεε-+-，通过电桥可以线性地转变为电压的变化BD U ?。只要对BD U ?进行标定，再将电压量转换成应变，就可以用仪表指示出所测定的)(4321εεεε-+-，即： 1234r εεεεε=-+- （5-10) 式中r ε为应变仪读数。 5. 应变片和应变花 (1)在单向应力场中，可贴一片应变片。应变片的长度方向与应力方向一致。可用单向拉压胡克定律求出应力，即σ=Eε。 (2)在平面应力场中，若主应力方向已知，可贴两片应变片，分别与两个主应力方向重图5.12 惠斯登电桥 B A U BD
光纤通信系统实验指导书 光纤通信系统实验指导书 桂林电子科技大学信息科技学院 二零零九年三月 目录 实验一数字光纤传输测试系统实验 (2) 实验二SDH点对点组网2M配置实验 (9)
实验三SDH 链型组网配置实验 (17) 实验四SDH 环形组网配置实验 (27) 实验一数字光纤传输测试系统实验 概述 光纤通信是利用光波作为载波，以光纤作为传输媒质实现信息传输，是一种最新的通信技术。 光纤是光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输媒质
的一种通信方式。光纤通信使用的波长在近红外区，即波长800～1800nm，可分为短波长波段（850nm）和长波长波段（1310nm和1550nm），这是目前所采用的三个通信窗口。 通信发展过程是以不断提高载频频率来扩大通信容量，光是一种频率极高的电磁波（3×1014HZ），因此用光作载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，是通信发展的必然方向。 光纤通信有许多优点：首先它有极宽的频带。目前我国已完成了10Gbps的光纤通信系统，这意味着在125um的光纤中可以传输大约11万路电话。其次，光纤的传输损耗很小，传统的同轴电缆损耗约在5dB/Km以上，站间距离不足10Km；而工作在1.55um的光纤最低已达到0.2dB/Km的损耗，站间无中继传输可达100Km以上。另外，光纤通信还具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗辐射等特点，它 。 在地球上有取之不尽，用之不竭的光纤原材料—SiO 2 光纤通信可用于市话中继线，长途干线通信，高质量彩色电视传输，交通监控指挥，光纤局域网，有线电视网和共用天线（CATV）系统。 波分复用技术（WDM）的出现，使光纤传输技术向更高的领域发展，实现信息宽带、高速传输。 光纤通信将会在光同步数字体系（SDH）、相干光通信、光纤宽带综合业务数字网（B—ISDN）、用户光纤网、ATM及全光通信有进一步发展。 光纤通信系统主要由三部分组成：光发射机、传输光纤和光接收机。其电/光和光/电变换的基本方式是直接强度调制和直接检波。实现过程如下：输入电信号既可以是模拟信号（如视频信号、电话语音信号、正弦波或三角波信号），也可以是数字信号（如计算机数据、PCM编码信号、数字信号源信号）；调制器将输入的电信号转换成适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件，对光源器件进行直接强度调制，完成电/光变换的功能；光源 输出的光信号直接耦合到传输光纤中，经一定长度的光纤传输后送达接收端；在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，再经过放大恢复等电信号处理过程，以弥补线路传输过程中带来的信号损伤（如损耗、波形畸变），最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传送过程。 根据所使用的光波长、传输信号形式、传输光纤类型和光接收方式的不同，光纤通信系统可分成：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/b74495392.html, 光纤光栅应变传感器二维应变测量方法 作者：李金娟 来源：《无线互联科技》2015年第02期 摘要：文章介绍了光纤光栅二维应力传感测量的试验台的准备、光纤光栅的制备、光纤 光栅的粘贴、实验仪器、实验过程、光纤光栅测量应变与电阻应变片的测量结果作对比。实验结果说明利用光纤光栅应变花可以得出与电阻应变花一致的结果。 关键词：光纤光栅；电阻应变片；应变；直角应变花 光纤光栅应变花进行二维平面应力测量是通过三个光纤光栅的中心波长的变化来测定应变的，电阻应变片应变花测出的应变值对光纤光栅中心波长进行标定。所以粘贴时尽可能保证光纤光栅与对应的电阻应变片的测量方位一致。 1 实验台的准备 由于本实验需要用多个光纤光栅进行二维应力测量，所以不能使用一般的等强度梁，而是用一个十字架形结构，实际上也是一种等强度梁，不过这种装置有两个等强度梁，分别作为十字架的X轴向和Y轴向，用来施加压力，如图1所示。 这是实验的被测表面的俯视图，表面是由我们用一块马口铁皮做成的。实验时在X轴、Y 轴方向分别悬挂砝码盘。砝码的重力通过试验台的等悬梁臂结构拉伸X或者Y方向的铁皮，铁皮的应力的变化引起光纤光栅中心波长的变化，因此为了保证试验的效果，光纤光栅的粘贴必须使光栅光纤紧贴被测表面时同时发生应变。 2 光纤光栅的制备 实验台准备好后重要的是制备光纤光栅，本实验使用3只不同中心波长的光纤光栅，串联成直角应变花来测试动态应力的变化，因而需制备3只不同波长的光纤光栅。由于实验条件的限制，试验室中只有两块相位掩模板，在实验室中只能制备两只光纤光栅，另外一只光纤光栅是已经制备好的光纤光栅。三只光纤光栅的波长位置分别在：1532nm，1544nm，1548nm处附近。 根据实验条件，组建一个光纤光栅制作系统，制作方法采用目前最有效，也是最流行的相位掩模法，其实验系统如图2所示。 本实验用光纤，是载氢掺锗光敏光纤-普通光纤经过载氢处理（在室温下，压强为107Pa 的容器中，载氢两周左右），使得普通通信光纤的光敏性大大增加，达到写制光栅的要求。实验所用的光谱分析仪为国产AV6361，分辨率选择0.2nm，宽带光源使用LED。
【摘要】光纤光栅是现代光纤传感中应用最广泛的器件与技术。自1978年加拿大渥太华研究中心利用光纤的光敏效应成功制成第一根光纤光栅以来，光纤光栅传感器便因为体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等特点及其具有本征自相干能力强和能在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势而被广泛应用于各行各业。本文先对光纤光栅传感器的工作原理及其分类进行论述，接着简述光纤光栅传感器的一些重要应用，然后对光纤光栅传感器的研究方向进行简单分析，最后是小结和展望。 【关键词】传感器；光纤光栅传感器；光纤光栅传感技术 一、光纤光栅传感器的工作原理及其分类 光纤光栅是利用光致折射率改变效应，使纤芯折射率沿轴向产生周期性变化，在纤芯内形成空间相位光栅。光纤光栅传感器目前研究的主要有三种类型：一是利用光纤布喇格光栅（FBG ）背向反射特征制作的传感器；二是利用长周期光纤光栅（LPG ）同向透射特征制作的传感器；三是利用啁啾光纤光栅色散补偿特征制作的传感器。下面将对这三种传感器的传感机理进行简单概述。 1.1 光纤布喇格光栅传感原理 光纤布喇格光栅纤芯轴向的折射率呈现周期性变化，其作用的实质相当于是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。如图1-1所示，当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布喇格条件的波长将产生反射，其余的波长将透过光纤光栅继续往前传输。 图1-1 光纤布喇格光栅原理图 光纤布喇格光栅反射谱的中心波长B λ满足 Λ=eff n 2B λ 其中，eff n 为有效折射率，Λ为光纤光栅栅距。 光纤光栅的栅距是沿光纤轴向分布的，因此在外界条件诸如温度、压力等的作用下，光
光纤光缆性能测试技术实验指导书 姚燕李春生 北京邮电大学机电工程实验教学中心 2006.5
实验一 数字发送单元指标测试实验 一、实验目的 1、了解数字光发端机输出光功率的指标要求 2、掌握数字光发端机输出光功率的测试方法 3、了解数字光发端机的消光比的指标要求 4、掌握数字光发端机的消光比的测试方法 二、实验内容 1、测试数字光发端机的输出光功率 2、测试数字光发端机的消光比 3、比较驱动电流的不同对输出光功率和消光比的影响 三、预备知识 1、输出光功率和消光比的概念 四、实验仪器 1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台 2、FC接口光功率计 1台 3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根 4、万用表 1台 5、850nm光发端机（可选） 1个 6、ST/PC-FC/PC多模光跳线（可选） 1根 7、连接导线 20根 五、实验原理 光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分（光发送机、光纤光缆、光接受机）之一。其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去。 光发送机的指标有如下几点： 1、输出光功率：输出光功率必须保持恒定，要求在环境温度变化或LD器件老化的过程中，其输出光功率保持不变，或者其变化幅度在数字光纤通信工程设计指标要求的范围内，以保证其数字光纤通信系统能长期正常稳定运行。 输出光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的输出光功率。 输出光功率测试连接如图1-1所示。 图1-1 输出光功率测试连接示意图 根据CCITT标准，信号源输出信号为表1-1所规定的要求。 表1-1 信号源输出信号要求 数字率（kbit/s） 伪随机测试信号 2048 215－1
四、光纤光栅应力传感器工作原理 光纤光栅技术是利用紫外曝光技术在光纤芯中引起折射率的周期性变化而形成的。光纤光栅中折射率分布的周期性结构，导致某一特定波长光的反射，从而形成光纤光栅的反射谱。光纤光栅应力传感器通常是将光纤光栅附着在某一弹性体上，同时进行保护封装。反射光的波长对温度、应力和应变非常敏感，当弹性体受到压力时时, 光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量来实现对温度、应力和应变的感测。其工作原理如图1 图1给出了光纤光栅应力传感器与波长解调仪组成的应力测量系统。它主要 由四个部分组成，第一部分为宽带光源，第二部分为光纤光栅应力传感器， 光纤光栅传感测量系统由四个部分组成，第一部分为宽带光源，第二部分为光纤光栅应力传感器，第三部分为基于可调F-P 滤波器的波长解调仪，第四部分为计算机及软件分析处理系统。图中给出等间隔分布多个光纤光栅应力传感器，这些光纤光栅通常要进行串接。由宽带光源发出的宽带光信号经过隔离器和3dB 耦合器传输到串接的传感光栅上，经过这些光纤光栅的波长选择后，一组不同波长的窄带光被反射，反射光再次经过3dB 耦合器由波长解调仪接收，经过波长解调仪对这些波长进行识别，得到一组应力传感信息，当边坡内部应力发生变化时，通过光栅解调器检测出波长的变化即应力变化，之后输入到计算机进行数据分析处理，最后得到边坡受到压力的分布状况，根据监测对象内部变化情况，判断是否会产生塌方，起到报警作用。 计算机 波长解调仪 宽带光源 耦合器 光纤光栅应力传感器 图1测量系统光路示意图 光隔离器 扫描电压 抖动信号 可调F-P 滤波器 混合器 LP 滤波器
光纤传输损耗测试-实验报告
华侨大学工学院 实验报告 课程名称：光通信技术实验 实验项目名称：实验1 光纤传输损耗测试 学院：工学院 专业班级：13光电 姓名：林洋 学号：1395121026 指导教师：王达成
2016 年05 月日 预习报告 一、实验目的 1）了解光纤损耗的定义 2）了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗 二、实验仪器 20MHz双踪示波器 万用表 光功率计 电话机 光纤跳线一组 光无源器件一套（连接器，光耦合器，光隔离器，波分复用器，光衰减器） 三、实验原理 αλ，其含义为单位长度光纤引起的光纤在波长λ处的衰减系数为()
光功率衰减，单位是dB/km 。当长度为L 时， 10()()lg (/)(0) P L dB km L P αλ=- （公式1.1） ITU-T G.650、G.651规定截断法为基准测量方法，背向散射法（OTDR 法）和插入法为替代测量方法。本实验采用插入法测量光纤的损耗。 （1）截断法：（破坏性测量方法） 截断法是一个直接利用衰减系数定义的测量方法。在不改变注入条件下，分别测出长光纤的输出功率2()P λ和剪断后约2m 长度短光纤的输出功率1()P λ，按定义计算出()αλ。该方法测试精度最高。 偏置电路 注入系统 光源 滤模器 包层模 剥除器 被测光纤 检测器 放大器电平测量 图1.1 截断法定波长衰减测试系统装置 （2）插入法 插入法原理上类似于截断法，只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间（参考条件）由于插入被测光纤引起的功率损耗。显然，功率 1 P 、 2 P 的测量 没有截断法直接，而且由于连接的损耗会给测量带来误差，精度比截断法差一些。所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点，用该方法做成的便携式仪表，非常适用于中继段长总衰减的测量。图1.2示出了两种参考条件下的测试原理框图。
XL2102系列动态电阻应变仪一、概述 在研究结构或材料的应力时，不可避免的要使用到电阻应变仪。电阻应变仪是测量结构及材料在载荷作用下变形的应力分析仪器。使用应变仪将被测应变（一般几个微应变至几千微应变之间）转换成电阻率变化进行测量，最后用应变的标度显示出来。 应变仪按频率响应范围可分为静态应变仪、静动态应变仪、动态应变仪和超动态应变仪。其中静态电阻应变仪和动态电阻应变仪应用较多。 静态电阻应变仪用电学方法测量不随时间变化或变化极为缓慢的静态应变，测量应变频率范围10Hz 以内的静载应变。 动态电阻应变仪应用于测量随时间变化的动态应变, 其工作频率一般在10kHz 以下。 超动态电阻应变仪多应用于测量爆炸，高速冲击等瞬态应变测量, 其工作频率一般在10kHz 以上。 动静态电阻应变仪实质上还是一款静态应变仪，只是兼做较低频率的单点动态应变测量，测量应变一般是静态或频率在200Hz 以内的动态应变。 二、电阻应变仪基本工作原理 电阻应变片作为电阻应变仪使用的测量用敏感元件，本身就是一个电阻式传感器，以本身的电阻变化来反映需要测量的机械应变，然后通过应变仪以应变大小的电信号显示出来。 电阻应变仪的基本电路包括电桥电路、放大器、功率放大器、低通滤波器和稳压电源等电路。应变仪的功能：1）将应变片引进的相对电阻变化准确的变成电信号；2）将电信号进行放大；3）将放大后的电信号按应变量显示或指示出来。
动态应变仪电路组成及使用以我公司生产的XL2102系列动态电阻应变仪中XL2102A 动态电阻应变仪为例进行介绍。 动态应变仪由测量电桥、标定电路、放大器、滤波器等基本电路组成。 三、XL2102A 动态电阻应变仪介绍 3.1 XL2102A动态应变仪性能特点 XL 2102A型动态电阻应变仪采用MCU 控制桥路自动平衡，调零精度高，重复性好，可实现零点永久保存；四档直流供桥电压，测量范围宽、频响高。 XL2102A 型动态应变仪可广泛应用于土木工程、桥梁、机械结构的实验应力分析，结构及材料任意点变形的应力分析。配接压力、拉力、扭矩、位移和温度传感器，可对上述物理量进行测试。在材料研究、机械制造、水利工程、铁路运输、土木建筑及船舶制造等行业得到了广泛应用。 1. 数字化智能设计，操作简单，使用方便 2. 测量通道可选4、6、8路，多通道组合式铝合金框架结构 3. 按键自动平衡，精确调零，掉电后自动保持平衡值 4. 内置高精度放大器、A/D转换器等优选电路，工作稳定可靠 5. 测量电桥接线端子为台湾町洋公司出品，经久耐用，耐磨损 3.2 XL2102A动态应变仪结构组成 3.2.1 XL2102A动态应变仪系统组成 XL2102A 动态应变仪由测量电桥盒、标定电路、放大电路、低通滤波电路、桥路平衡电路、显示电路、过荷指示电路及供电电源等电路组成。