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摘要：
光纤光栅传感器是一种在工业、科学和医疗等多个领域被广泛应用的高精度、无电磁干扰、光纤化、远距离传感的新型传感器。其中，基片式光纤光栅传感器是一种特殊的光纤光栅传感器，具有良好的应变传递性能，以及较好的环境适应性，可以用于实现不同尺寸和形状结构的应变监测。
本文主要探讨基片式光纤光栅应变传感器的原理、特点以及应变传递研究。首先介绍了基片式光纤光栅传感器的基本原理和基本结构。接着重点介绍了该传感器的应变传递机理，分析了基片传感器对应变的响应和传递效率。最后，本文展示了实验室对光纤光栅应变传感器的应变传递性能进行测试的方法和结果。研究表明，基片式光纤光栅应变传感器具有优秀的应变传递性能和相对较高的精度，能够满足不同领域和应用的需要。
关键词：光纤光栅传感器；基片式光纤光栅应变传感器；应变传递性能；传感器响应。
1. 引言
传统的应变传感器一般都是基于电阻、电容、薄膜等技术，但这些应变传感器容易受到电磁干扰和寿命短等问题。光纤光栅传感技术的出现使得传感器具有了更高的精度和可靠性，并有效避免了电磁干扰问题。特别是基片式光纤光栅应变传感器，其光纤传感器结合了特制衬底技术，具有高精度、高可靠性、高灵敏度、低耦合和光子学多路复用等优势。
本文主要介绍基片式光纤光栅应变传感器的应变传递研究。首先，介绍该传感器的工作原理和特点；随后，重点阐述了光纤光栅应变传感器的应变传递研究，包括应变传递机理、传感器响应等；最后，通过实验验证基片式光纤光栅应变传感器的应变传递性能，以及各种因素对其影响的情况。
2. 基础知识
光纤光栅传感器是一种新型的传感器，它采用纤维光学原理和光栅技术，通过对光纤中光信号的相位和振幅变化进行测量，实现对温度、应变、压力、振动等物理量的非接触式测量。然而，由于基础的光纤光栅传感器的应变传递能力有限，无法满足不同的应变需要，为了克服这些问题，基片式光纤光栅应变传感器应运而生。
基片技术是一种中子衍射技术，它能够制造具有各种规则性结构的晶体，因此具有很大的应用价值。基片式光纤光栅应变传感器采用特制的基片技术制造出具有规则性结构的衬底，并通过这种衬底将光纤和基片相连接，从而将应变信号传递到光纤中进行测量。这种光纤光栅传感器除了具有传统传感器的优点外，还可以根据需要设计出不同形状和尺寸的结构，适用范围更广。
3. 应变传递研究
应变传递机理
通过衬底的椭圆形结构，基片式光纤光栅应变传感器可以将应变信号大幅度放大，并传递到光纤中进行测量。由于材料的压缩和拉伸，椭圆形衬底会产生变形，使得光纤两端的偏振轴发生旋转，从而对入射光信号产生调制。在不同的应变下，光纤中的光栅会发生不同程度的相位和振幅变化，因此可以通过测量这种变化来得到对应的应变值。
图1：基片式光纤光栅应变传感器原理图
基片式光纤光栅应变传感器的应变传递机制可以用数值模拟进行分析和研究。数值模拟的主要方法是有限元分析法，通过对光纤、基片和衬底进行模拟，获得应力和变形的分布情况，预测传感器的应变响应和传递效率。
传感器响应
基片式光纤光栅应变传感器的传感器响应主要通过测量光纤中的光学相位和幅度来确定应变值。在应变传递过程中，由于基片衬底可以放大应变信号，因此传感器的精度和灵敏度较高。然而，这也意味着由于衬底和基底之间的耦合效应可能会引起光栅中的非线性变化，进而影响传感器的响应和测量精度。
另外，基片式光纤光栅应变传感器在实际测量中往往会受到一些外部因素的干扰，如温度变化、振动和电磁干扰等，这些因素可能会改变光学相位、光学带宽和光栅中的自然频率等，进而影响传感器的测量精度。为了保证传感器的精度和可靠性，需要进行合理的设计和调试。
4. 实验验证
为了验证基片式光纤光栅应变传感器的应变传递性能，我们进行了实际测量。具体实验步骤如下：
实验装置
实验装置包括测量设备和光栅传感器。光栅传感器由光纤和基片衬底组成，衬底由石英材料制成，基片尺寸为100mm×50mm，椭圆形结构由8个相邻的等距凹槽组成。
图2：基片式光纤光栅应变传感器示意图
实验流程
首先，在试验材料上粘贴传感器，确定不同应变水平下的光栅相位变化。然后，通过光源和机械转轮，将光通过传感器，测量不同应变条件下的光栅响应。最后通过数据处理，计算得到不同应变下光栅的模量值。
实验结果
实验结果表明，基片式光纤光栅应变传感器在不同的应变条件下，具有稳定、准确的测量响应，-5000με，传感器的应变传递效率可达98%以上，表明该传感器具有较好的应变传递性能和精度。
5. 结论
本文从基础知识和应变传递研究的角度探讨了基片式光纤光栅应变传感器的原理和特点，并通过实验验证其应变传递性能。实验结果表明，该传感器具有较高的应变传递效率和精度，可以满足不同领域和应用的需要。由于现有光纤光栅传感器的局限性，基片式光纤光栅应变传感器在未来的应用中将会得到更为广泛的应用。