光纖光柵傳感器力學(xué)特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文對(duì)光纖光柵傳感器的基本理論以及光纖光柵傳感器力學(xué)特性的數(shù)值模擬進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要包括：光纖光柵傳感器基本理論、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展前景；光纖光柵的傳感原理；光纖光柵傳感增敏技術(shù)；光纖光柵壓力、流量傳感器力學(xué)特性數(shù)值模擬研究。
　　 首先對(duì)光纖光柵傳感器研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了回顧和展望，分析了光纖光柵傳感器發(fā)展前景及現(xiàn)存難題，研究了光纖光柵的形成機(jī)理、傳感原理、交叉敏感問題。針對(duì)“裸”的光纖光柵對(duì)溫度、壓力響應(yīng)靈敏度低的

2、缺點(diǎn)，研究分析了不同的增敏技術(shù)。
　　 其次，應(yīng)用有限元軟件ANSYS對(duì)一種光纖Bragg光柵(FBG)高壓傳感器結(jié)構(gòu)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)制作傳感器試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在0～50 MPa壓力范圍進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：壓力靈敏度為0.0374 nm/MPa，其中心波長(zhǎng)與壓力變化具有良好的線性關(guān)系，重復(fù)性好，且遲滯小。
　　 第三，對(duì)一種新型的FBG壓力傳感結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論研究并對(duì)

3、其結(jié)構(gòu)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值模擬，利用雙FBG(FBG1、FBG2)解決了壓力與溫度交叉敏感問題。結(jié)果表明，F(xiàn)BG1與壓力變化具有良好的線性關(guān)系，且遲滯小，F(xiàn)BG壓力傳感靈敏度可達(dá)0.2401 nm/(MPa)。
　　 最后，設(shè)計(jì)一種新穎的流量傳感器的模型，推導(dǎo)出了理論公式，對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)特性數(shù)值模擬，結(jié)果表明，流體流量和FBG2的布拉格波長(zhǎng)漂移量之間具有良好的線性關(guān)系。尤其在流量大于0.01 m3/s時(shí)FBG2的布拉格波長(zhǎng)漂移量