带温度补偿的光纤布拉格光栅E+E压力传感器
光纤光栅传感器较之于传统电传感器得到广泛的关注,不仅是因为其抗电磁干扰、耐腐蚀等特性,还有光纤传感能构成大型的传感网络的波分复用的特点,由于研发力度的加强,相应的光纤光栅传感器的产品也在不断推陈出新,在很多工程领域都得到了广泛的应用。

带温度补偿的光纤布拉格光栅E+E压力传感器
结合油气井等恶劣环境下的压力检测的应用背景,分别从理论和实验研究了一种基于光纤布拉格光栅的带温度补偿的E+E压力传感器,主要研究内容为:研究了一种光纤光栅E+E压力传感器结构,使用了参考光栅进行温度补偿的原理,分析了布拉格光纤光栅的传感原理,运用ANSYS10.0大型有限元分析软件针对研究的薄壁圆筒结构建模和静力仿真,分析了该结构应力分布情况,在此基础上研究了传感器中涉及到的关键参数对传感器的灵敏度的影响以满足实际工程不同应用场合。从E+E压力传感器温度补偿问题出发,E+E压力传感器位移分析及疲劳寿命预测完成了依据有限元疲劳分析为基础的传感器寿命预测研究工作。阐述E+E压力传感器工作原理,定义影响系统寿命的参数组,既包含力学环境参数,亦包括材料属性、几何形式等结构参数。通过三种电阻桥零点输出补偿方法的温度误差对比,提出一种恒压供电的新型电阻桥零点输出补偿方法,主要特点是调节E+E压力传感器(零点输出10mV以上)零点输出为零时,不会影响E+E压力传感器的温度漂移,且较传统的电阻桥零点补偿方法,E+E压力传感器的温度误差小的优点。结合仿真结果,本文选用了不同尺寸参数的薄壁圆筒结构加工,对光纤光栅封装后对传感器的温度及压力灵敏度分别进行测试,且选取加工中的一个传感器进一步地测试了该结构的可重复性及稳定性,实验结果显示该传感器压力灵敏度为7.8±0.7 pm/MPa,重复性好,线性度0.999,当环境温度从0-50℃内变化时,温度补偿后10小时内的稳定性优于±0.5%,并将结果与一膜片式光纤布拉格光栅E+E压力传感器结构传感性能进行了实验对比。介绍了SMS(单模-多模-单模)模式干涉结构在传感领域的研究现状,研究了多模光纤对SMS结构透射特性的影响,同时从理论和实验两个角度分别对SMS模式干涉结构在温度、应变、弯曲等参数影响下传感性能进行了研究。

带温度补偿的光纤布拉格光栅E+E压力传感器
基于前文研究的薄壁圆筒结构,使用SMS模式干涉结构替代前文的薄壁圆筒结构中的测压光纤布拉格光栅制成了SMS-FBG结构用于大压力的测量,测试了SMS-FBG结构封装在圆筒结构的温度及压力传感性能,并与双FBG结构在同一薄壁圆筒结构压力灵敏度进行了对比,结果表明SMS-FBG结构的灵敏度近似为双FBG的两倍。