基于光纤光栅的高压固体压力传感器研究

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1、基于光纤光栅的高压固体压力传感器研究摘要固体内部压力是国防科技领域需重点监测的参数之一，目前使用较多的测压设备均存在电磁干扰严秉、可靠性及准确性差等缺陷。针对以上不足，本研究设计了光纤光栅耐高压固体压力传感器。采用平面薄板作为弹性承压膜片，利用？毫It饔孟碌哪佣龋?拉动压力敏感光栅产生轴向位移，实现压力传感。根据测压范围，对其结构进行理论计算，并进行有限元仿真，验证了本设计的可行性。在恒温条件下，进行了压力校准实验，并通过处于同一温度场的温补光栅进行温度补偿，修正应变光栅的温漂。实验结果表明，构建的承压光栅（FBG）压力传感器可以进行压力传感，测压上限可达50MPa,线性度为992%。本文采集

2、自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除匕转载的信息，如果需要分享，请保留本段说明。关键词光纤光栅；压力传感器；承压膜片；温度补偿；零点温1引言固体内部压力是国防科技领域中经常需要测量的一个重要指标，是判断整体结构是否会因变形过大，而发生局部或整体的失稳破坏或基于光纤光栅的高压固体压力传感器研究摘要固体内部压力是国防科技领域需重点监测的参数之一，目前使用较多的测压设备均存在电磁干扰严秉、可靠性及准确性差等缺陷。针对以上不足，本研究设计了光纤光栅耐高压固体压力传感器。采用平面薄板作为弹性承压膜片，

3、利用？毫It饔孟碌哪佣龋?拉动压力敏感光栅产生轴向位移，实现压力传感。根据测压范围，对其结构进行理论计算，并进行有限元仿真，验证了本设计的可行性。在恒温条件下，进行了压力校准实验，并通过处于同一温度场的温补光栅进行温度补偿，修正应变光栅的温漂。实验结果表明，构建的承压光栅（FBG）压力传感器可以进行压力传感，测压上限可达50MPa,线性度为992%。本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除匕转载的信息，如果需要分享，请保留本段说明。关键词光纤光栅；压力传感器；承压膜片；温度补偿；零点温1

4、引言固体内部压力是国防科技领域中经常需要测量的一个重要指标，是判断整体结构是否会因变形过大，而发生局部或整体的失稳破坏或导致丧失稳定性的重要依据[1]，如火箭发射过程发动机衬层内部压力、武器系统中战斗部内部火炸药压力等，都需要测定固体内部压力。0前，主要采用钢弦式和应变式土压力传感器对压力进行固体内部压力的直接测量，此类传感器在恶劣环境下存在测量范围有限、稳定性较差、防潮性能差、易受电磁干扰等缺点[2,3]。利用光纤光栅进行压力传感，可以克服以上缺点；同时，光栅传感器属于无源器件，无需现场供电，便于长期远距离分布式监测。特别是在易燃易爆、电磁干扰、强辐射的恶劣环境中，更能体现出巨大优势

5、，被越来越多地用于固体压力检测[4,5]。1989年，Mendez等首先提出利用光纤光栅传感器进行混凝土结构检测，光纤光栅首次被报道应用于传感领域[6]，此后，光纤光栅传感技术获得了快速持续发展。2000年，美国海军研究实验室的Chang等[7]?用单层圆铝板作为弹性元件，以不同方式封装光纤光栅测量土压力；美国、日本、德国等国家先后应用光纤光栅传感技术进行桥梁、隧道、大坝、路基等领域的安全监测，都取得了很好的监测效果[8]。2010年，胡志新等[9]设计了以硬中心平膜片作弹性元件的土压力传感器。2013年，Li等[10]设计了基于双型梁的光纤光栅土压力传感器，并用于监测

6、北京某大桥现场的土压力。光栅固体压力传感器具有防潮性好、不受电磁干扰、易于分布式测量的优点，但是其测压范围都在5〜6Ipa以内。随着航空母舰、高性能导弹、轰炸机等高端武器装备的发展，对武器战斗部火炸药的内部压力监测提出了新要求，需要密切监测战斗部在受热、撞击时，火药内部压力变化历程，能够实时检测40MPa以上的压力[11，12]。上述传感器己无法满足测压要求。本研宄设计了一种光栅高压固体压力传感器，能够用于无法用电信号传输且需要测量高压的环境。通过对结构增敏机理的理论分析，给出传感器膜片厚度、膜片材料以及所受压力之间的关系表达式，结合测压范围计算出承压膜片的厚度，并根据其内部结构进行Y有

7、限元仿真。在验证了传感器在50MPa压力下可以正常工作的基础上，进行了实际的压力测试，实现了传感器校准，从而为此压力传感器的设计和制作提供了理论和数据指导。本传感器也可用于在电感耦合等离子体质谱法（ICPM）测定高纯二氧化锡电极材料中关键性杂质离子（Cu，Cr,Mn,Co,Ni，Cd，Fe和Pb等）[13]时的高压环境测定过程中的压力监测。2实验部分21仪器设备sml25光纤光栅解调仪（美国M