一種微型FBG壓力傳感器設(shè)計研究.pdf

1、光纖布拉格光柵(FBG:Fiber Bragg Grating)傳感器及其傳感技術(shù)，由于具有波長編碼、體積小、本質(zhì)安全和易于組網(wǎng)等優(yōu)點，被廣泛認為是一種最具發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅骷夹g(shù)。近年來，各種光纖光柵傳感器也應(yīng)運而生，如光纖光柵壓力、位移、速度、振動和溫度傳感器等。然而，裸光纖的使用及傳感器體積小巧的設(shè)計需要在各種傳感器設(shè)計及實現(xiàn)過程中還存在很多問題尚待解決。本文結(jié)合科研項目中國博士后基金項目“礦壓檢測用光纖光柵傳感技術(shù)及應(yīng)用研究”(20

2、080441150)，“礦壓監(jiān)測用光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用研究”(20080441150)和中天公司聯(lián)合橫向項目，“光纖光柵礦壓監(jiān)測系統(tǒng)研究”（10/09-11/12），針對微型光纖FBG傳感器設(shè)計過程中普遍存在的問題進行了深入的理論及實驗研究，設(shè)計并實現(xiàn)了一種微型FBG壓力傳感器。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴綜述了現(xiàn)有FBG壓力傳感器及FBG調(diào)諧研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀。⑵光纖布拉格光柵的基本結(jié)構(gòu)及傳感原理的研究。主要包括:光纖布拉格光柵

3、的理論分析法和光纖光柵的啁啾調(diào)諧方法。⑶提出并實現(xiàn)了一種微型光纖光柵礦壓傳感器。傳感器外部為圓柱形，內(nèi)部為菱形鋼制力傳遞結(jié)構(gòu)，結(jié)合“工”形金屬膜片對力的傳遞，從而將力傳遞給光纖光柵。通過有限元分析法進行模擬分析，并對該傳感器的特性進行了實驗研究。該傳感器量程為0～7.15MPa，靈敏度為0.5983nm/MPa，并具有良好的線性度和重復(fù)性。該傳感器可以埋入煤、巖層用于壓力測量，還可以用于替代其他各電子類壓力傳感器對煤礦壓力進行精確測量，

4、也可以在其它領(lǐng)域推廣應(yīng)用。⑷提出并實現(xiàn)了一種用于光纖光柵傳感器的小傾角光柵無啁啾安裝方法。光柵的粘貼路徑與變形體的中心線之間的傾角為α，0°＜α＜45°。本安裝方法具有無啁啾調(diào)諧范圍大，調(diào)諧過程中帶寬變化小于0.03nm等特點。⑸針對前期工作中以設(shè)計的一種FBG啁啾調(diào)諧方法中存在對帶寬的調(diào)諧不敏感，光柵中心波長隨壓力增加發(fā)生較大變化的問題，對膜片形狀和光柵粘貼路徑進行了有限元分析。提出了一種新的膜片形狀和光柵粘貼路徑并對其進行了實驗研究