分布式光纖壓力傳感技術(shù)研究.pdf

1、近年來，光纖傳感器因其突出的優(yōu)勢(shì)獲得了前所未有的高速發(fā)展，得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視。目前光纖傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)和狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)光纖傳感器的研究與國(guó)外相比發(fā)展較慢，但是到目前為止光纖光柵傳感器在國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)取得了比較成熟的研究成果。與此同時(shí)，基于背向瑞利散射的分布式光纖因其具有非常高的空間分辨率，國(guó)外已經(jīng)得到了較為充分的研究與應(yīng)用，然而國(guó)內(nèi)在這方面還鮮有涉足，大連理工大學(xué)的航空航天學(xué)院和土木工

2、程學(xué)院已經(jīng)逐步展開對(duì)基于背向瑞利散射的分布式光纖傳感器的研究。分布式光纖的直接測(cè)量量是應(yīng)變和溫度，通過等強(qiáng)度懸臂梁彎曲實(shí)驗(yàn)對(duì)分布式光纖應(yīng)變測(cè)量的準(zhǔn)確性進(jìn)行表征，用分布式光纖和應(yīng)變片同時(shí)對(duì)等強(qiáng)度懸臂梁表面的變形情況進(jìn)行測(cè)量。對(duì)比結(jié)果表明：分布式光纖的正向最大偏差是9.120%，負(fù)向最大偏差是-16.842%，誤差在工程應(yīng)用允許范圍內(nèi)，證明分布式光纖對(duì)應(yīng)變測(cè)量的準(zhǔn)確度較高。通過水溫測(cè)量對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)分布式光纖溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性進(jìn)行表征。對(duì)比結(jié)果表

3、明：分布式光纖的正向最大偏差是10.157%，負(fù)向最大偏差是-4.055%，誤差也在工程應(yīng)用允許范圍內(nèi)，說明分布式光纖對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性較高。
　　本研究基于分布式光纖設(shè)計(jì)一種用于流體壓力測(cè)量的傳感器，采用以圓形平膜片作為彈性敏感元件的膜盒式結(jié)構(gòu)，串聯(lián)在光纖上便可以實(shí)現(xiàn)空間范圍內(nèi)壓力的分布式測(cè)量。利用ABAQUS軟件對(duì)壓力傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，結(jié)果表明壓力與應(yīng)變是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，與小撓度假設(shè)下的理論結(jié)果高度一致。最后，設(shè)計(jì)

4、一種可實(shí)現(xiàn)水壓加卸載的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示利用分布式光纖可以準(zhǔn)確反映膜片表面應(yīng)變的分布情況，與數(shù)值模擬結(jié)果趨勢(shì)一致，信噪比較高。壓力傳感器重復(fù)性良好；線性擬合相關(guān)系數(shù)均高于0.99，壓力傳感器線性特性良好；以膜片中心點(diǎn)的徑向應(yīng)變作為傳感器輸出值時(shí)靈敏度最高，達(dá)到10838.47με/MPa。以環(huán)向應(yīng)變作為輸出值時(shí)，半徑越小的圓周上應(yīng)變?cè)酱螅磳?duì)應(yīng)的靈敏度越高。該壓力傳感器分辨率最高，可以達(dá)到92.