高靈敏度光纖光柵壓力傳感器.pdf

1、光纖布拉格光柵(FBG)壓力傳感器作為新興的壓力傳感器正在如火如荼的發(fā)展。隨著光纖傳感器應(yīng)用的擴(kuò)大，對高靈敏度光纖壓力傳感器的需求日趨明顯。光纖傳感器可以工作高溫、腐蝕性、強(qiáng)電磁場及易燃易爆的危險(xiǎn)惡劣環(huán)境中。這些特性讓光纖傳感器在市場中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。作為光纖傳感器中不可或缺的一元，光纖布拉格光柵壓力傳感器也不斷完善。光纖布拉格光柵壓力傳感器信號采用波長調(diào)制，與其他光纖傳感器相比，更不易受外界參量的影響，具有精確度高、穩(wěn)定好、易于分布式

2、監(jiān)測、易于解調(diào)等特點(diǎn)。為此，最近幾年光纖布拉格光柵壓力傳感器的飽受矚目。新的高靈敏度光纖布拉格光柵傳感器研究一直不斷推陳出新。
　　 本課題通過對國內(nèi)外主流的光纖布拉格光柵壓力傳感器進(jìn)行了總結(jié)，分析了各種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的光纖光柵壓力傳感器、偏心受力平面膜片的光纖光柵壓力傳感器和無偏心受力平面膜片的光纖光柵壓力傳感器三種不同的結(jié)構(gòu)。三種結(jié)構(gòu)測量的壓力不斷減小，同時(shí)精度不斷增加。三種結(jié)構(gòu)都考慮了溫度的影

3、響，通過結(jié)構(gòu)的被動(dòng)溫度補(bǔ)償和溫度的二次修正，將溫度的影響降到最低。通過一系列傳感器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，將偏心傳力結(jié)構(gòu)改為中心傳力結(jié)構(gòu)使得該傳感器的回程誤差大為減小。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的光纖光柵壓力傳感器的最佳靈敏度達(dá)0.0319nm/MPa，偏心受力平面膜片壓力傳感器靈敏度達(dá)0.2166nm/Mpa，無偏心受力壓力傳感器達(dá)86.9nm/MPa，其中無偏心受力結(jié)構(gòu)的平面膜片壓力傳感器為2009年國內(nèi)所有光纖光柵類型壓力傳感器中最高靈敏度。

4、
　　 本文涉及機(jī)械、材料、信息等多學(xué)科知識，主要做了以下工作：
　　 1.闡述了光纖布拉格光柵的工作原理，分析了光纖布拉格光柵的應(yīng)變、溫度、壓力傳感特性；
　　 2.分析了國內(nèi)現(xiàn)有的基于光纖布拉格光柵的壓力傳感器技術(shù)，比較各個(gè)傳感器的原理，優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
　　 3.設(shè)計(jì)了薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的光纖光柵壓力傳感器，結(jié)構(gòu)的被動(dòng)溫度補(bǔ)償和溫度的主動(dòng)實(shí)時(shí)修正實(shí)現(xiàn)了溫度的二次去敏。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該結(jié)構(gòu)適用于高溫高壓環(huán)境

5、，為高精度壓力傳感器溫度去敏設(shè)計(jì)、密封設(shè)計(jì)等提供參考依據(jù)；
　　 4.設(shè)計(jì)了偏心受力的平面圓形膜片光纖光柵壓力傳感器，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明基于圓形膜片結(jié)構(gòu)的壓力傳感器靈敏度高于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的傳感器，且加工工藝簡單；
　　 5.設(shè)計(jì)了無偏心受力的平面圓形膜片光纖光柵壓力傳感器，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該結(jié)構(gòu)靈敏度達(dá)86nm/Mpa(0.869pm/mm水柱)，該靈敏度在國內(nèi)同類型壓力傳感器中達(dá)到領(lǐng)先水平。同時(shí)也證明了圓形膜片偏心受力對傳感器靈