為了研究用同軸電纜夾緊法布里 - 珀羅干涉?zhèn)鞲衅鳎–CFPI）的過程，模擬了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對CCFPI傳感器信號質(zhì)量的影響。CCFPI反射點(diǎn)的絕緣層的外徑優(yōu)選為1.4~。
　　2 mm范圍內(nèi)，夾具變形長度不得小于2 mm，反射點(diǎn)的一致性對信號質(zhì)量有顯著影響。電纜拉絲過程中，發(fā)現(xiàn)信號的頻率偏移對電纜的應(yīng)力具有良好的線性響應(yīng)。CCFPI傳感器由仿真結(jié)果制造并測試檢測性能。試結(jié)果表明，CCFPI傳感器測得的變形總是與比較器一致。整斜率為1.004，相關(guān)系數(shù)為0.998.67。CFPI傳感器的測量數(shù)據(jù)在減小的變形范圍內(nèi)與光纖網(wǎng)絡(luò)很好地匹配。果表明，傳感器測量結(jié)果真實(shí)可靠，CCFPI傳感器分辨率可達(dá)110με，變形應(yīng)變?yōu)?40，000με。鍵詞：同軸電纜，法布里 - 珀羅傳感器，固定方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)，大體積變形測量文獻(xiàn)編號：A貨號：1674-5124（2017）09-0088-06總結(jié)：對于研究CCFPI思想的制作應(yīng)該是1.4。徑Mm和2mm的結(jié)果，屏蔽的長度不應(yīng)小于2mm，反射點(diǎn)的相干性對信號質(zhì)量有顯著影響。涉圖的頻率響應(yīng)電纜制造CCFPI傳感器并執(zhí)行檢測性能測試。試結(jié)果顯示測量的應(yīng)變進(jìn)行。試結(jié)果表明，CCFPI傳感器測得的變形與比較儀測得的變形一致，此外，CCFPI傳感器測得的值也與纖維光柵在減小的變形范圍內(nèi)測得的值一致。表明測得的傳感器結(jié)果準(zhǔn)確可靠，本文提到的CCFPI傳感器分辨率為110με，斷裂應(yīng)力約為140，000με。鍵詞：同軸電纜，法布里傳感器珀羅，緊固方法，優(yōu)化設(shè)計(jì);引言在長期維護(hù)過程中，結(jié)構(gòu)受到環(huán)境腐蝕，材料老化和負(fù)載的長期影響，導(dǎo)致可能導(dǎo)致災(zāi)難性事故的損害累積[1]。此，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷，結(jié)構(gòu)性能變化的預(yù)測以及維護(hù)決策是非常重要的[2]。感器處于健康監(jiān)測系統(tǒng)的最前沿，在測量精度方面起著關(guān)鍵作用[3]。

　　木工程的實(shí)際應(yīng)用要求傳感器具有較大的變形測量??能力，良好的檢測性能，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。軸電纜已進(jìn)入研究領(lǐng)域，具有材料堅(jiān)固，抗電磁干擾，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)末，同軸時(shí)域反射計(jì)（ETDR）開始用于土木工程：Dowding CH等[4]使用同軸電纜監(jiān)測巖體的變形; Mole BS [5]將軸索嵌入混凝土中以檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部的斷裂; Lin MW等[6]開發(fā)了用于混凝土裂縫傳感器的同軸電纜和Kane WF [7]使用同軸電纜監(jiān)測滑坡。后，基于類似的電磁場理論機(jī)制，將光纖傳感器的優(yōu)良概念應(yīng)用于同軸電纜，這使得可以制造凝固電纜網(wǎng)絡(luò)傳感器（CCBG）并監(jiān)測鋼筋混凝土梁的變形[8] -10]。曉等人[11]首先提出并開發(fā)了用同軸電纜（CCFPI）檢測法布里 - 珀羅干涉儀的原理，然后驗(yàn)證了測量CCFPI傳感器變形的能力，為其研究奠定了基礎(chǔ)。用。論基礎(chǔ)（Trontz A等[12]）使用不銹鋼管和鋼絲作為外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體，氧化鋁陶瓷作為同軸電纜重建的絕緣層，并開發(fā)CCFPI高溫監(jiān)測傳感器。述關(guān)于CCFPI傳感器的研究主要集中在檢測機(jī)制和應(yīng)力分辨方法的分析上，應(yīng)用結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測工程實(shí)踐還有很多工作要做。CCFPI傳感器工程應(yīng)用的角度出發(fā)，提出了制造夾緊壓力的方法，通過仿真分析模擬分析影響CCFPI傳感器性能的因素，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)并保護(hù)CCFPI傳感器。束監(jiān)測的可行性為工程應(yīng)用研究提供了裝置基礎(chǔ)。過ANSYS HFSS軟件模擬CCFPI傳感器的仿真分析，該軟件認(rèn)為同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體是理想的導(dǎo)體，并且內(nèi)導(dǎo)體材料的特性被定義為PEC，因此絕緣層是外部的。面和背景之間的直接相關(guān)被自動(dòng)定義為理想的導(dǎo)體邊界，省略了外導(dǎo)體建模，因此可以合理地簡化模型，并且計(jì)算速度可以是加快。型尺寸根據(jù)SF141型電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)定義（如表1所示），內(nèi)導(dǎo)體直徑為0.92 mm，絕緣層外徑為2.98 mm ，材料為PTFE（屬性為Teflon），模型長度為140.解決方案頻率由LinearCount模式定義，起始頻率為45 MHz，終止頻率為8 GHz和頻率數(shù)是16 001.不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對干擾光譜的影響CCFPI傳感器是通過鉗位方法得到的，有必要確定以下三個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)：變形程度緊固，夾緊變形的長度和夾緊間隙。常，緊固程度越高，夾持長度越長并且反射信號越強(qiáng)。文利用控制變量法模擬了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對干擾譜的影響，確定了合理結(jié)構(gòu)參數(shù)的范圍，為CCFPI傳感器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。緊變形程度的影響為80 mm，反射點(diǎn)的彎曲變形長度為2 mm，絕緣層的外徑從2.4 mm增加到1.4 mm在圖3中可以看出絕緣層在外面。徑越?。ňo固變形程度越大），干涉光譜的峰值越高，光譜的形狀越規(guī)則，但當(dāng)絕緣層的外徑從1.6增加時(shí)毫米到1.4毫米，峰值出現(xiàn)略微增大，可能是由于當(dāng)壓力變形增加到一定程度時(shí)，很難繼續(xù)接近變化區(qū)域的幾何長度（2毫米）。個(gè)反射點(diǎn)形式的阻抗及其對反射信號的影響不可忽略。外，可以看出，當(dāng)絕緣層的外徑在1.4和2mm之間時(shí)，信號質(zhì)量良好。緊變形長度的影響為80 mm，反射點(diǎn)絕緣層的外徑為2 mm，夾緊變形的長度從2 mm變?yōu)?0 mm。2毫米的步驟。振幅不小于2mm時(shí)，干涉光譜的形狀相對規(guī)則，夾具的變形部分越長，光譜峰值越高，信號越強(qiáng)。緊間距的影響當(dāng)反射點(diǎn)絕緣層的外徑為2mm時(shí)，夾緊變形長度為4mm，夾緊壓力范圍分別為60，70和80mm。

　　圖5所示，鉗位信號的強(qiáng)度增加，信號強(qiáng)度也增加。了頻譜向左移動(dòng)外，它基本沒有變化，這與方程（3）的理論推導(dǎo)一致。夾緊距離為2mm時(shí)，反射點(diǎn)一致性的影響為80mm，反射點(diǎn)的變形點(diǎn)的長度為2mm，第一點(diǎn)的絕緣層的外徑R1反射率為2mm，第二反射點(diǎn)R2的絕緣層的外徑以0.2mm的增量從1.4mm變化到2.4mm。擬結(jié)果如圖6所示。R2從1.4 mm增加到2 mm時(shí)，信號的峰值逐漸減小，干擾光譜的峰值和谷值更明顯：當(dāng)R2 = R1時(shí)= 2 mm時(shí)，干擾現(xiàn)象更加明顯，當(dāng)R2超過2 mm時(shí)，信號的峰值繼續(xù)。過減小，干擾光譜趨于再次變平。現(xiàn)反射點(diǎn)的相干性對信號質(zhì)量有重要影響：在傳感器制造過程中，兩個(gè)反射點(diǎn)的阻擋變形程度必須保持盡可能均勻，并且反射點(diǎn)必須保持均勻。須對傳感器進(jìn)行打包和保護(hù)，以便測量兩點(diǎn)的反射系數(shù)。在此過程中保持穩(wěn)定。慮CCFPI傳感器約束的模擬當(dāng)同軸電纜被拉伸時(shí)，F(xiàn)aber腔的長度（即反射點(diǎn)之間的距離）改變以引起干涉光譜偏移。本文中，光譜峰值跟蹤的方法用于跟蹤波谷頻率的軌跡和解決電纜應(yīng)力。反射點(diǎn)絕緣設(shè)置為外徑2 mm，夾緊變形長度2 mm，夾緊距離80 mm，并將間距值從1 mm（12500μs）增加到88 mm （100，000με）。涉光譜在圖7中示出。涉光譜的谷值隨著兩個(gè)反射點(diǎn)之間的距離增加而向左移動(dòng)并且諧振次數(shù)越大，移位越大。
　　顯。擇第3至第6凹陷記錄頻率點(diǎn)，并計(jì)算與未拉伸狀態(tài)（即0mm狀態(tài)）相比的頻率偏移量和偏移曲線獲得圖7（b）所示的頻率轉(zhuǎn)換。圖中可以看出，CCFPI傳感器對應(yīng)線性頻率偏移響應(yīng)，四條調(diào)整后的直線的相關(guān)系數(shù)r 2超過0.998，線性度良好。CCFPI傳感器CCFPI傳感器制造方法的實(shí)驗(yàn)研究本文使用液壓夾具按壓軟金屬外殼（夾緊方法）來制作CCFPI傳感器。壓夾具擠出模塊如圖8所示。左右部分緊密連接時(shí)，中心部分將有一個(gè)開口，其開口已知可限制最大擠壓，從而實(shí)現(xiàn)精確擠出。據(jù)前一節(jié)中的仿真分析結(jié)果，當(dāng)反射點(diǎn)處的絕緣層的外徑在1.4和2mm之間時(shí)，干涉信號的質(zhì)量更好。設(shè)在擠出過程中金屬套管的厚度（0.3mm）和外導(dǎo)體的厚度（0.3mm）保持不變，并且擠出模塊的孔徑優(yōu)選在2.6和3.2毫米。CCFPI傳感器由厚度為10 mm的壓縮模塊制成。同軸電纜的兩端連接到載荷為50Ω的矢量陣列分析儀（VNA），然后在80 mm的距離處擠出12 mm長的金屬套管，以抵抗外導(dǎo)體的變形并觀察時(shí)域中的反射信號?，F(xiàn)兩點(diǎn)的反射系數(shù)約為0.03，這提供了良好的相干性。了減少在反射點(diǎn)拉伸試驗(yàn)期間可能發(fā)生的不規(guī)則變形，環(huán)氧樹脂被30mm長的銅管封裝和保護(hù)。時(shí)，其他部分未經(jīng)處理考慮到同軸電纜的優(yōu)良結(jié)構(gòu)特性，能夠承受一定的剪切力或變形。射點(diǎn)包之前和之后的物理圖如圖9所示.CCFPI傳感器信號處理方法將CCFPI兩端的連接器連接到VNA和50Ω負(fù)載，并直接測量參數(shù)。S11頻域反射。合時(shí)頻解調(diào)首先包括在反射光譜S11上執(zhí)行啁啾-Z逆變換（ICZT）以獲得CCFPI傳感器的時(shí)域信息，然后選擇兩個(gè)頻閃門函數(shù)通過VNA在時(shí)域中反射點(diǎn)（瞬時(shí)域信號上的兩個(gè)反射峰值）構(gòu)成Faber腔，并且最后，通過啁啾調(diào)制變換將同步的時(shí)域信號轉(zhuǎn)換為頻域。Z（CZT）獲得CCFPI干擾。體的轉(zhuǎn)換過程如圖10所示。試程序和結(jié)果分析為了觀察CCFPI傳感器對小變形的響應(yīng)，CCFPI標(biāo)距長度設(shè)定為800 mm，電纜變形已知光纖網(wǎng)絡(luò)（FBG）和撥號比較器讀數(shù)。VNA掃描范圍設(shè)置為45 MHz至8 GHz，掃描點(diǎn)為16 001，測試?yán)煸O(shè)備如圖11所示。略電纜絕緣的相對介電常數(shù)的變化在拉伸過程中同軸根據(jù)公式（3），由CCFPI傳感器測量的變形值可以近似為Δf/ fN，其中fN是當(dāng)前拉伸步驟的方法。實(shí)驗(yàn)的共振頻率由第四槽選擇用于解調(diào)。FBG粘附在封裝銅管的表面，并將電纜拉緊至千分表讀數(shù)0.8 mm（1，000μs），每步間距為0.04 mm（50μs）。試結(jié)果如圖12所示，橫軸表示比較器測得的位移值，縱軸表示CCFPI和FBG測得的應(yīng)變值。
　　圖顯示CCFPI傳感器的變形曲線具有水平截面，并且測得的應(yīng)變值增加了110μs，這表明在本文的實(shí)驗(yàn)條件下CCFPI傳感器的分辨率可以達(dá)到110μs，以及測量值和使用模擬分析使得有可能獲得波谷4響應(yīng)，頻率響應(yīng)靈敏度為3.83 kHz /με，掃描頻率為497.19 kHz。[14]130με計(jì)算。時(shí)，可以看出，CCFPI傳感器的變形值的增加具有不均勻的拉伸步驟（2步或3步）的現(xiàn)象，原因如下：1）難以實(shí)現(xiàn)確保在拉伸過程中每個(gè)拉伸步驟都是嚴(yán)格的。于0.04毫米（50微西）; 2）兩個(gè)精確拉伸步驟的變形僅為100με，并且必須隨著相鄰拉伸階段的變形而累積，以達(dá)到110με的分辨率，從而CCFPI傳感器可以產(chǎn)生干擾譜。答了感動(dòng)。外，通過比較CCFPI和FBG的測量數(shù)據(jù)，可以看出兩者一致，表明CCFPI傳感器可以檢測到小的變形并且測量結(jié)果在減小的應(yīng)變范圍的范圍內(nèi)（ 1，000με）是真實(shí)可靠的。續(xù)將應(yīng)變增加到3，000με，然后延伸到CCFPI傳感器的故障（大約140，000με），每級增量為3，000με，使用比較器轉(zhuǎn)換的變形值到橫坐標(biāo)并使用CCFPI干涉圖頻率由位移值轉(zhuǎn)換的位移值是縱坐標(biāo)，并且可以獲得圖13中表示的測量結(jié)果。試曲線具有良好的線性度，相關(guān)系數(shù)r2等于0.99 867，斜率為1.49 492.換句話說，CCFPI傳感器測量的數(shù)據(jù)與結(jié)果非常吻合。較器測量，礦用電纜表明CCFPI傳感器能夠測量大的變形并且測量結(jié)果為真?？俊Ｕ摫疚哪M了鉗位過程中不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對CCFPI檢測信號的影響：分析表明，當(dāng)反射點(diǎn)處的絕緣層外徑在1.4到2 mm之間時(shí)夾緊變形長度不小于2毫米。涉信號的質(zhì)量良好，僅影響諧振頻率的反射點(diǎn)間距和反射點(diǎn)的相干性將嚴(yán)重影響信號質(zhì)量。外，模擬電纜的拉伸過程在信號頻率偏移和電纜應(yīng)力之間找到了良好的線性關(guān)系。據(jù)仿真結(jié)果，優(yōu)化了CCFPI傳感器的制造參數(shù)，反射點(diǎn)采用環(huán)氧樹脂封裝和保護(hù)，拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明CCFPI傳感器的分辨率可達(dá)110μs，測量結(jié)果在小變形范圍內(nèi)（1000με）。范圍與FBG非常一致，表明CCFPI傳感器測量結(jié)果真實(shí)可靠。外，CCFPI傳感器的測量應(yīng)變變形約為140，000μs，對應(yīng)于拉伸過程中比較器的讀數(shù)，表明CCFPI傳感器可以執(zhí)行大的變形測量??。
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