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1、 第八届全国现代结构工程学术研讨金 由于传感器在点焊时存在位置的偏差以及是否完全焊牢的问题，点焊位置的不同会对传感器的标距产生影 响传感器焊接位置在端面边缘处时其标距的范围为5 2 喝8 咖，假设其标准标距为6 0 1 ，其影响系数为 ：e 8 6 0 = “ 1 3 3 ，应当对测量出的结果进行修正。 ( 二) 光纤的横向效应以及安装方位 通过理论推导和实验分析可知，在双向应力状态下，用光纤进行应变畏4 量时当应变主向和光纤的轴向存在 夹角时，由于横向效应的存在。所得到的布拉格波长变化与欲求的波长变化就存在误差；在单向应力作用下，当 测量光纤的轴向与应变第一主向的夹角不大于3 0 。时，所测
2、应变的误差较小，不超过1 ，可以忽略而在印。 附近误差急剧增大，测量结果失真，必须进行误差修正。”。 ( 三) 焊接残余应力 焊接式应变传感器在安装过程中由于焊接产生的残余应力。对光栅传感器的测景值会产生误差因此在传感 器施焊过程中，焊接顺序也非常重要。在焊接的时候，应先将传感器中央轻轻固定，对角点焊住传感器的四个耳 朵，再视情况焊牢。 三、光纤信号在传输过程中的损失产生的误差 在结构监测中，光信号会在光纤传输中衰减。光纤的传播损耗决定了信号传输的可能最远距离。还有光纤的 弯曲损耗。耦合损耗等。对于单模光纤，主要考虑布线过程中引起的宏弯损耗及光纤连接时的耦台损耗。 ( 一) 光纤的弯曲损耗 理
3、论分析和试验研究表明，当光纤弯曲小于某半径时，弯曲损耗会急剧增加，此半径称为临界半径，研究光 纤弯曲损耗的变化过程，可以确定其临界半径值。对于单模光纤，其临界半径为： 2 ， ， 即2 0 赤( 2 7 4 8 - 0 9 9 6 砉广 式中：弛为临界弯曲半径；5 n 为光纤相对折射率差 c 为光纤截止波长； 为光波波长。 随着波长的变化，临界半径逐渐增大。实际应用时，使用的光栅中心波长范围为1 5 2 5 1 5 6 5 r 珊，且多个光栅 串于一根光纤上，因此，整根光纤的临界弯曲半径应与中心波长为1 5 6 5 n m 的光栅对应，其值为2 7 2 m 。 ( 二) 光纤的耦合损耗 对于光
4、纤与解调器之间的耦合连接，一般是通过光纤跳线( 光纤陶瓷连接器) 连接的。其损耗值一般在 0 0 9 - 0 1 7 d B 之间。对于光纤与光纤之间，一般采取熔接的方式直接耦合。由此引起的耦合损耗，主要受到两光 纤的轴线偏移和倾角以及光纤端面的间距的影响。 “由计算可知，随着两光轴之间的距离、夹角及两光纤端面之间的距离这些因素的逐渐增大，损耗也逐渐增大。 在实际应用时，只要保证光纤表面干净，端面平整且垂直于光轴，其耦合损耗就会很小，一般在0 0 2 - 0 0 8d B 之间。嘲 四、温度产生的误差 一) 沮度补偿存在的误差 由于光纤光栅同时对温度和应变敏感，当温度和应变同时发生变化时。仅测
5、量单个光纤光栅的波长变化量， 将无法区分由温度和应变分别引起的波长变化比如，对于中心波长为1 5 5 5n m 的光纤光栅。其温度灵敏度系数 为1 0 8 3 p r o 。应变灵敏度系数为1 2 1 2p n n um 。1 温度变化对应变引起1 01 1 皿的测量误差。因此，当温度变 化较大时。用光纤光栅做应变传感必须考虑如何去掉温度的影响，否则，会因为温度的变化而影响应变测量的精 度。尤其在结构健康长期监测中。这个问题十分突出，可以说没有考虑温度补偿的光纤光栅实际结构应变长期监 测是没有意义的，因为结构，如桥梁、大坝等的年温差达几十摄氏度，在某些特殊地区甚至达上百摄氏度 从1 9 9 3
6、 年起。人们就开始研究光纤光栅传感器的交叉敏感问题。到目前为止对光纤光栅应变进行温度补偿 的问题己提出多种解决方案，这些方案主要有聚合物封装法、不受力光栅温度补偿法、惆啾法、负温材料法和应 工业建筑2 0 0 8 增趔 笤八届全国现代结构工程学术研讨会 变、温度双参量同时测试的双光栅叠加法等技术。这屿方法各自有各自的特点，综合比较这些方法的优缺点，认 为聚合物封装法和负温材料法只是消除了光栅温敏的热膨胀部分，不能消除光敏部分l 惆啾法造价昂贵且可靠度 不高；而双光栅叠加法要求两个布拉格光栅中心反射波长的差别足够大，而叔参量往往因为双光栅的灵敏度系数 过于接近，从而导致组成的方程呈现病态，导致计
7、算值误差过大。综上所述，在采用光纤光栅传感器作为结构长 期监测的元件必须考虑光纤光栅的温度漂移，采崩不受力光栅温度补偿法是最简单而且经济可靠的方法。“3 f F l 由于温度传感器测量误差的存在以及应力测点和温度测点位置并不能做到完全一致，因此不可避免地导致 温度补偿中也存在误差。 ( 二) 温度应变的交叉灵敏度产生的误差 当温度和应变同时发牛变化时，波长漂移并不是应变和温度单独作用时产生的波长漂移的简单迭加，还存在 着力学鼍和热学最的相瓦作用。这个作用体现为交叉灵敏度，其大小反映了这种相互作用的程度。 在应变和温度变化不是太大的情况F ，交叉灵敏度所引起的相对温度和应变误差是很小的，几乎可以
8、忽略不 计：随着温度或者应变的变化最的增大，忽略交叉敏感项f i i 带来的误筹越来越明显。应变和温度同时变化的范围 都很大( 如e T 1 0 3 ps ) 的情况下，立果忽略交义敏感项就会引起较人的温度和应变误差，影响测 量的精度。 五、结论 在光纤光栅传感器用于结构的应变测蔑中，虽然还存在着其它影响测肇结果的因素，例如光纤光栅的阶 应变灵敏度等，但显然温度的影响已成为光纤光栅在健康监测中的一个重要研究课题，如何能更好的解决温度问 题将会对测量结果的误差分析有着重要影响 参考文献 ( I ) 粱磊。姜德生，罗裴，汪术文，赵坤光纤B r a g g 光栅在结构健康监测中的实验研究 J 山东理工大学学报，2 0 0 3 ，1 7 ( 3 ) ：4 - 7 ( 2 ) 谭敏峰，朱四荣，宋显辉，李卓球安装方位对光纤布扣格光栅应变测毓的影响 J 中围激光，2 0 0 6 ，3 3 ( 9 ) ：1 2 5 1 - 1 2 5 4 ( 3 ) 李功标，瞿伟廉，刘晖光纤光栅传瞎器在空f a J 架结构监测中的应用【J 】武汉理工大学学报，2 0 0 7 ，2 9 ( 2 ) ：8 3 - 8 6 ( 4 ) 项连清光纤光栅在结构健康检测中的实验研究【D 人连理1 二大学，2 0 0 6 工业建筑2 0 0 8 增刊
