為了實(shí)現(xiàn)油氣管道壓力和環(huán)境溫度的精確測量,提出了一種基于C形彈簧管和懸臂梁結(jié)合的光纖光柵壓力和溫度區(qū)分測量的傳感器結(jié)構(gòu)。懸臂梁由一個矩形梁和三角形梁組成,C形管的自由端與三角形梁的自由端緊密連接。FBG1和FBG2沿軸線方向分別粘貼在矩形梁和三角形梁的下底面。FBG1只感應(yīng)環(huán)境溫度變化,FBG2同時感應(yīng)環(huán)境溫度和油壓變化。理論分析了FBG1和FBG2的峰值波長與溫度和壓力之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)測得傳感器壓力響應(yīng)靈敏度系數(shù)為0. 2274 nm/MPa,溫度響應(yīng)靈敏度系數(shù)為0. 0306 nm/℃,壓力和溫度響應(yīng)靈敏度系數(shù)分別為裸光纖光柵的72倍和3倍。在油氣管道壓力(0～10 MPa)、環(huán)境溫度(100℃以內(nèi))可獲得壓力精度為0. 005 MPa、溫度精度為0. 04℃。

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【部分圖文】：

圖1FBG傳感原理結(jié)構(gòu)

光纖光柵傳感原理如圖1所示，光纖光柵通過紫外曝光的方法改變光纖纖芯的折射率進(jìn)而使其折射率產(chǎn)生周期性變化。根據(jù)模式耦合理論，當(dāng)寬帶光源發(fā)出的光在光纖光柵中傳播時，滿足布拉格條件的光波將會被反射，其他波長的光波將會沿著光纖繼續(xù)傳播，即反射特定的波長的光，其反射中心波長λB可由式(1)....

圖2設(shè)計(jì)的傳感器

式中αsub1和αsub2分別為粘貼光柵FBG1和FBG2的矩形懸臂梁和三角形懸臂梁的熱膨脹系數(shù)。η為光纖光柵與基底材料的粘貼的應(yīng)變傳遞系數(shù)。由式(7)、式(9)得到FBG1的波長變化與溫度成線性關(guān)系，F(xiàn)BG2的波長變化與溫度和油C形管內(nèi)壓力成線性關(guān)系。通過分別測量FBG1....

圖3傳感器溫度響應(yīng)曲線

將矩形梁和三角形梁放置在傳感器封裝平臺上，F(xiàn)BG1,2放置在兩個梁的中軸線位置，利用拉力計(jì)給兩個光柵施加一定的預(yù)應(yīng)力并利用光纖光柵解調(diào)儀(型號:SM125，分辨率:1pm)監(jiān)測波長變化，用353ND環(huán)氧樹脂膠均勻涂覆FBG1、FBG2后并放入溫箱(型號:DHG-9248....

圖4壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)照片

該系統(tǒng)由活塞式加壓裝置、傳壓裝置、標(biāo)準(zhǔn)壓力表、光纖光柵傳感器、光纖光柵解調(diào)儀和筆記本電腦組成。光纖光柵傳感器和標(biāo)準(zhǔn)指針式壓力表通過標(biāo)準(zhǔn)螺口安裝在傳壓裝置中，標(biāo)準(zhǔn)壓力表量程為0～10MPa，精度為0.25級。光纖光柵解調(diào)儀用來測量不同壓力下FBG1和FBG2的反射波長，波長的變化....

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