一种新型光纤Bragg光栅流量传感器的仿真与实验研究.pdf

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1、第43卷第2期光子学报Vo1．43No．22014年2月ACTAPH0T0NICASINICAFebruary2014doi：10．3788／gzxb20144302．0228001一种新型光纤Bragg光栅流量传感器的仿真与实验研究蒋奇，高芳芳(山东大学控制科学与工程学院，济南250061)摘要：为了克服传统单个光纤布喇格光栅传感器对温度交叉敏感的问题，设计制作了一种基于双光纤布喇格光栅的以阻流件和弹性体为换能元件的流量传感器．该流量传感器采用弹性伞状结构体作为流量传感器的换能元件，用硅胶树脂封装

2、双光纤光栅的弹性伞状结构体，起到了温度补偿的作用且提高了应变测量灵敏度．用有限元优化传感器结构，在1～20m／s的流速下利用ANSYS对传感器结构和传感器周围的流体场进行模拟分析，并计算了传感器的灵敏度，实验证明了硅胶树脂作为封装材料的优越性．进行了砝码千校法模拟实验，完成传感器封装前后的性能测试，通过提取该传感器的反射谱信号特征值，得到封装前后传感器的载荷响应灵敏度分别为：1．71nm／kg，0．103nm／kg．表明该流量传感器结构简单、安装方便、具有较好的线性度和灵敏度．关键词：传感器；流量；

3、有限元；光纤；双光栅；FLUENT；流速中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1004—4213(2014)02-0228001—7SimulationandExperimentalResearchofaNovelFlowSensorBasedonFiberBraggGratingJIANGQi。GAoFang-fang(SchoolofControlScienceandEngineering，ShandongUniversity，Jinan250061，China)Abstract：A

4、novelflowsensorbasedondoublefiberBragggratingwasdesignedandmadetoovercomethetemperaturecross—sensitivityproblemsoftraditionalsinglefiberBragggratingsensor．Theelasticumbrellastructureswereemployedasconversionelementsandsiliconeresinasencapsulatingmateri

5、al，andaneffectivesolutiondoublegratingstructurewastaken．Thetemperaturenaturalcompensationanditsmeasuringsensitivitywereimproved．Finiteelementwasusedtooptimizethestructureoftheflowsensor．ItsstructureandthefluidfieldarounditweresimulatedandanalyzedbyANSY

6、Ssoftwarewithinthevelocityof1～20m／Sandthesensitivityofthesensorwascalculated．Theadvantagesofsiliconeresinasencapsulatingmaterialanditstemperaturesensitivitywereverifiedthroughexperiments．Theperformancesofthesensorpackagingbeforeandafterweretestedandthe

7、reflectionspectrumsignalcharacteristicvaluesofthefibergratingwereextractedwithgoodlinearity，highresponsesensitivityof1．71nm／kgand0．103nm／kg，respectively．Theexperimentresultsshowthattheflowsensorownssimplestructure，goodlinearityandhighsensitivity．Keywor

8、ds：Sensor；Flow；Finiteelement；Fiber；DoubleFBG；FLUENT；VelocityoCISCodes：280．4788；050．2770；060．2370检测和控制的参量之一，用于检测流量的仪表也是多0引言种多样．机械转子流量传感器被广泛应用，由于其机械工业生产过程和自动化控制领域，流量是经常被结构复杂具有较高的测量误差和测量准确度较低；超基金项目：国家自然科学基金(Nos．61271073，51079080)和教育部新世纪优秀人