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光纤布拉格光栅压力传感器的研究

姚振华  
【摘要】: 为了满足现代工业、国防等对传感器的高要求,人们正在逐步深入对具有优良性能的光纤传感器的研究。但是,由于光纤传感器的研究时间尚浅,相关的形式与数据还不完善,需要人们进一步的设计与研究。 本文通过整理和总结光纤传感器的类型、特点及原理,确定了使用FBG作为光纤传感组成部分。通过对弹性膜片的理论研究,确定了使用膜片作为压力传感组成部分。将它们组合在一起,设计了一种新型的压力传感器。最后通过实验验证所设计的压力传感器的特性。 实验中,将布拉格光栅沿圆形弹性膜片的一个同心圆进行粘贴,光纤的一端与仪器连接,另一端放入折射率匹配液中。实验过程是在密闭容器中进行的,将贴有光栅的圆弹性膜片盒放在密闭容器中,于室温22℃下对容器进行注气。从0kPa开始,每间隔5kPa读取一次中心反射波长值,直到40kPa为止,最终得到一组数据,再改变光栅的粘贴半径,得到一组灵敏度数据。整个实验中的难点在于,粘贴光栅时,确保光栅为一圆弧以及均匀涂胶。 实验的结果表明,传感器具有良好的线性度和可重复性。本论文中传感器的最大压力灵敏度为-6.50×10~(-3)MPa~(-1),是裸光纤布拉格光栅压力灵敏度-1.98×10-6MPa~(-1)的3283倍。还可以通过改变膜片直径、厚度、材料以及光纤粘贴半径,进一步提高灵敏度。 这种新型的传感器结构简单,稳定性好,尤其适用于强电磁干扰、易燃、易爆等恶劣的环境。


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