基于光纤光栅的杨氏模量测量方法研究

周嘉晟 王佳妮 孟栋成 胡伊

摘要：针对大学物理实验中杨氏模量测量方法稳定性差，调试难度大的问题，本文基于光纤光栅应变测量技术，设计了金属材料杨氏模量测量装置，该装置操作方便，稳定性好，且测量准确度高。本文所述的杨氏模量测量技术可以应用到大学物理实验教学中，也可以推广到各种实际工程中的金属材料杨氏模量测量，不仅能够改进教学，对实际工程应用也具有积极意义。

关键词：杨氏模量，光纤光栅应变片，校准装置

1光纤光栅应变传感原理

光纤光栅作为全光纤器件，能进行波长选择滤波。当透射率极小时，满足Bragg条件波长的那些光被强烈地反射;透射率极大时，光在通过光纤光栅时无插入损耗。

应变和温度变化这些因素，会使通过光纤光栅波长随应变和温度变化。依靠相关的方法，可同时测量应力和温度，也能分开测量;可在光纤光栅上附上特定功能的材料，间接测量电场等物理量。由上可知，测量波长即可得到温度及应变等的相关数据及变化情况。

本文采用的光纤光栅应变片，主要由刻写光纤光栅的光纤和传感器应变片组成。该光纤光栅应变片具有一定灵敏度，当其中间固定的光纤光栅受到拉伸或压缩时，会出现相应的波长变化，该波长变化与拉伸或压缩量呈线性关系，实验中将应变片固定在被测物体上，应变片内部的光纤光栅，可根据光纤光栅反射光中心波长的变化量来得出被测物体的形变量，即可根据波长变化量测出拉伸或收縮量，计算出杨氏模量。……