一種微型FBG壓力傳感器設計研究.pdf

1、光纖布拉格光柵(FBG:Fiber Bragg Grating)傳感器及其傳感技術，由于具有波長編碼、體積小、本質安全和易于組網等優(yōu)點，被廣泛認為是一種最具發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅骷夹g。近年來，各種光纖光柵傳感器也應運而生，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計需要在各種傳感器設計及實現(xiàn)過程中還存在很多問題尚待解決。本文結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及應用研究”(20

2、080441150)，“礦壓監(jiān)測用光纖光柵傳感網絡及應用研究”(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，設計并實現(xiàn)了一種微型FBG壓力傳感器。
　　本研究主要內容包括：⑴綜述了現(xiàn)有FBG壓力傳感器及FBG調諧研究的國內外現(xiàn)狀。⑵光纖布拉格光柵的基本結構及傳感原理的研究。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，內部為菱形鋼制力傳遞結構，結合“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、也可以在其它領域推廣應用。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諧范圍大，調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計的一種FBG啁啾調諧方法中存在對帶寬的調諧不敏感，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