分布式光纖壓力傳感技術研究.pdf

1、近年來，光纖傳感器因其突出的優(yōu)勢獲得了前所未有的高速發(fā)展，得到了國內外學者的高度重視。目前光纖傳感器已經(jīng)被廣泛應用于結構健康檢測和狀態(tài)在線監(jiān)測領域。雖然國內對光纖傳感器的研究與國外相比發(fā)展較慢，但是到目前為止光纖光柵傳感器在國內結構健康監(jiān)測領域內已經(jīng)取得了比較成熟的研究成果。與此同時，基于背向瑞利散射的分布式光纖因其具有非常高的空間分辨率，國外已經(jīng)得到了較為充分的研究與應用，然而國內在這方面還鮮有涉足，大連理工大學的航空航天學院和土木工

2、程學院已經(jīng)逐步展開對基于背向瑞利散射的分布式光纖傳感器的研究。分布式光纖的直接測量量是應變和溫度，通過等強度懸臂梁彎曲實驗對分布式光纖應變測量的準確性進行表征，用分布式光纖和應變片同時對等強度懸臂梁表面的變形情況進行測量。對比結果表明：分布式光纖的正向最大偏差是9.120%，負向最大偏差是-16.842%，誤差在工程應用允許范圍內，證明分布式光纖對應變測量的準確度較高。通過水溫測量對比實驗對分布式光纖溫度測量的準確性進行表征。對比結果表

3、明：分布式光纖的正向最大偏差是10.157%，負向最大偏差是-4.055%，誤差也在工程應用允許范圍內，說明分布式光纖對溫度測量的準確性較高。
　　本研究基于分布式光纖設計一種用于流體壓力測量的傳感器，采用以圓形平膜片作為彈性敏感元件的膜盒式結構，串聯(lián)在光纖上便可以實現(xiàn)空間范圍內壓力的分布式測量。利用ABAQUS軟件對壓力傳感器結構進行有限元仿真計算，結果表明壓力與應變是一一對應的關系，與小撓度假設下的理論結果高度一致。最后，設計

4、一種可實現(xiàn)水壓加卸載的實驗裝置，對傳感器進行標定，并對其性能進行測試。實驗結果顯示利用分布式光纖可以準確反映膜片表面應變的分布情況，與數(shù)值模擬結果趨勢一致，信噪比較高。壓力傳感器重復性良好；線性擬合相關系數(shù)均高于0.99，壓力傳感器線性特性良好；以膜片中心點的徑向應變作為傳感器輸出值時靈敏度最高，達到10838.47με/MPa。以環(huán)向應變作為輸出值時，半徑越小的圓周上應變越大，即對應的靈敏度越高。該壓力傳感器分辨率最高，可以達到92.