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帶溫度補償?shù)墓饫w布拉格光柵E+E壓力傳感器
光纖光柵傳感器較之于傳統(tǒng)電傳感器得到廣泛的關注,不僅是因為其抗電磁干擾、耐腐蝕等特性,還有光纖傳感能構(gòu)成大型的傳感網(wǎng)絡的波分復用的特點,由于研發(fā)力度的加強,相應的光纖光柵傳感器的產(chǎn)品也在不斷推陳出新,在很多工程領域都得到了廣泛的應用。

帶溫度補償?shù)墓饫w布拉格光柵E+E壓力傳感器
結(jié)合油氣井等惡劣環(huán)境下的壓力檢測的應用背景,分別從理論和實驗研究了一種基于光纖布拉格光柵的帶溫度補償?shù)腅+E壓力傳感器,主要研究內(nèi)容為:研究了一種光纖光柵E+E壓力傳感器結(jié)構(gòu),使用了參考光柵進行溫度補償?shù)脑?分析了布拉格光纖光柵的傳感原理,運用ANSYS10.0大型有限元分析軟件針對研究的薄壁圓筒結(jié)構(gòu)建模和靜力仿真,分析了該結(jié)構(gòu)應力分布情況,在此基礎上研究了傳感器中涉及到的關鍵參數(shù)對傳感器的靈敏度的影響以滿足實際工程不同應用場合。從E+E壓力傳感器溫度補償問題出發(fā),E+E壓力傳感器位移分析及疲勞壽命預測完成了依據(jù)有限元疲勞分析為基礎的傳感器壽命預測研究工作。闡述E+E壓力傳感器工作原理,定義影響系統(tǒng)壽命的參數(shù)組,既包含力學環(huán)境參數(shù),亦包括材料屬性、幾何形式等結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過三種電阻橋零點輸出補償方法的溫度誤差對比,提出一種恒壓供電的新型電阻橋零點輸出補償方法,主要特點是調(diào)節(jié)E+E壓力傳感器(零點輸出10mV以上)零點輸出為零時,不會影響E+E壓力傳感器的溫度漂移,且較傳統(tǒng)的電阻橋零點補償方法,E+E壓力傳感器的溫度誤差小的優(yōu)點。結(jié)合仿真結(jié)果,本文選用了不同尺寸參數(shù)的薄壁圓筒結(jié)構(gòu)加工,對光纖光柵封裝后對傳感器的溫度及壓力靈敏度分別進行測試,且選取加工中的一個傳感器進一步地測試了該結(jié)構(gòu)的可重復性及穩(wěn)定性,實驗結(jié)果顯示該傳感器壓力靈敏度為7.8±0.7 pm/MPa,重復性好,線性度0.999,當環(huán)境溫度從0-50℃內(nèi)變化時,溫度補償后10小時內(nèi)的穩(wěn)定性優(yōu)于±0.5%,并將結(jié)果與一膜片式光纖布拉格光柵E+E壓力傳感器結(jié)構(gòu)傳感性能進行了實驗對比。介紹了SMS(單模-多模-單模)模式干涉結(jié)構(gòu)在傳感領域的研究現(xiàn)狀,研究了多模光纖對SMS結(jié)構(gòu)透射特性的影響,同時從理論和實驗兩個角度分別對SMS模式干涉結(jié)構(gòu)在溫度、應變、彎曲等參數(shù)影響下傳感性能進行了研究。

帶溫度補償?shù)墓饫w布拉格光柵E+E壓力傳感器
基于前文研究的薄壁圓筒結(jié)構(gòu),使用SMS模式干涉結(jié)構(gòu)替代前文的薄壁圓筒結(jié)構(gòu)中的測壓光纖布拉格光柵制成了SMS-FBG結(jié)構(gòu)用于大壓力的測量,測試了SMS-FBG結(jié)構(gòu)封裝在圓筒結(jié)構(gòu)的溫度及壓力傳感性能,并與雙FBG結(jié)構(gòu)在同一薄壁圓筒結(jié)構(gòu)壓力靈敏度進行了對比,結(jié)果表明SMS-FBG結(jié)構(gòu)的靈敏度近似為雙FBG的兩倍。