第五章 总结。对本文进行总结，包括实验成果，课题改进方法及展望。

2  基于光纤光栅传感的理论研究

2。1  引言

本章主要介绍基于光纤光栅传感技术的理论研究，包括光纤光栅测试原理、光纤光栅主要结构、光纤光栅传感器的工作原理。

2。2  光纤光栅的传感原理

2。2。1  应变测试

应变[18]（Stain）是指在外力和非均匀温度场等因素作用下物体局部的相对变形。从其定义可知，应变测试宏观上可以反应外力变化和温度变化，微观中还可以反应物体内部不同位置的受力情况。

应变可分为正应变，角应变及体应变。正应变又称为线应变，它是某一方向上微小线段因变形产生的长度增量（伸长时为正）与原长度的比值，可以同时反应受力方向和受力程度，主要用于张力测量。正应变公式为：文献综述

其中 是变形前的长度， 是其变形后的伸长量。

角应变又叫剪应变或切应变，它是两个相互垂直方向上的微小线段在变形后夹角的改变量。或者说物体受力变形时，体内某一单元点处变形的程度，即为该点的角应变。通常在压力环境中，需要测量其角应变。

物体中一点附近的微元体在所有可能方向上的应变的全体称为一点的应变状态。它可以由一点在三个正交的坐标 方向的应变分量 来表示，其中 分别为 方向的正应变，而 反应 两个方向上微小线段的夹角改变量，余类推。过一点所有的截面中，角应变为零的截面称为应变主平面，其法方向称为应变主方向，该方向上的正应变称为主应变。

2。2。2  光纤光栅应变测试原理

光纤布拉格光栅传感器[19]（简称光纤光栅传感器）以裸光纤为载体，通常有“两刚（封装基材、裸纤）一柔（粘结层）”的结构。其中纤芯的直径仅为0。125mm，光线在其内部进行全反射传播。其结构如图：

当光波传输通过光纤光栅时，入射光会分成两部分：投射光波矢和反射光波矢。其中满足布拉格光栅波长条件的波矢将被反射回来，其余入射光将被投射。光纤光栅的反射光谱是以布拉格波长 为中心的窄带光谱，其满足布拉格反射条件：来*自-优=尔,论:文+网www.chuibin.com

其中 为光栅周期， 为纤芯的有效折射率。当外界物理量引起光栅折射率变化时布拉格波长将发生漂移，通过检测波长漂移量即可获得外界物理量的变化。

假设光纤光栅只受轴向应力作用，且处于温度恒定环境中，则应力引起光栅布拉格波长的漂移可由

表示。其中， 表示光纤在应力作用下的弹性形变； 为光栅的弹光效应。令 （称为轴向应变量），P是只与弹光效应、光栅材料泊松比有关的确定常数，则可以得到：

这是处理光纤光栅轴向应变传感的基础。可以看出，当光纤光栅材料确定后，光纤光栅对应力的传感特性系数基本上是一个与材料系数相关的常数（由泊松比、弹光系数决定），因此光纤光栅作为应变传感器具有很好的线性输出特性[20]。

令 ，称 为光纤光栅轴向应变的灵敏度系数，故 ，这就是布拉格波长变化与轴向应变的关系式。类似的，还有布拉格波长变化与横向应变的关系式： 。这也反映出了，在光纤光栅应力测试中