光纤光栅应变传感器的动态误差补偿研究

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随着工业技术水平的不断发展和装备关键技术突破,进行高精度的动态测量已经成为监测的主流,这对传感器的动态响应性能提出了更高的要求。由于传感器结构通常具有非线性,外加应用中复杂的环境因素,传感器动态测量存在较大误差。探寻合适的动态误差补偿方法对于实现装备有效监控具有重要现实意义。光纤光栅(Fiber Bragg Grating)传感器是新近发展起来的一种先进传感器,在测量温度、应变、加速度等物理参量时具有突出技术优势,在实际工程中得以广泛应用。本文基于光纤光栅工作和传感原理,通过理论分析与试验研究,系统研究FBG应变传感器的动态性能,分析温度对FBG应变传感器的影响。采用数值仿真方法,分别对传感器实现温度补偿和动态特性补偿,提高FBG应变传感器的测量精度。本文的主要工作如下:1.基于光纤光栅工作和传感原理,分别通过应变特性试验和温度特性试验,研究了光纤光栅应变传感器的线性、灵敏度、重复性、迟滞性等性能。2.采用ANSYS有限元分析法,建立了FBG应变传感器结构的有限元模型。基于ANSYS热分析和温度—应变耦合试验,探讨了温度对FBG应变传感器的结构和测量精度的影响。3.基于最小二乘法理论和温度补偿原理,采用最小二乘法二次拟合,实现了FBG应变传感器的温度补偿。基于BP人工神经网络理论和温度补偿原理,确定了BP神经网络的结构和参数,采用Matlab编程,完成了BP神经网络的仿真训练和检验,实现了FBG应变传感器的温度补偿。4.基于ANSYS谐响应分析和瞬态动力学分析,获得了传感器的动态性能指标,即工作频带和响应时间,较全面分析了FBG应变传感器的动态特性及误差。5.在ANSYS阶跃响应分析的基础上,基于BP神经网络动态补偿原理,确定了补偿网络的结构和参数,完成了BP神经网络的仿真训练,实现了FBG应变传感器的动态特性补偿。
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