光纤Bragg光栅压力传感器的研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文摘要光纤Bragg光栅因具有体积小、重量轻、耐腐蚀性好、抗电磁干扰能力强等优点, 已成为目前最有发展前途的光纤无源器件之一。但是,裸光纤光栅的压力灵敏度较低, 光纤光栅对温度和应变同时敏感,在实际应用中必须采取有效的方法解决上述问题。因此,本文针对光纤Bragg光栅传感探头的结构设计,温度/应变交叉敏感解决措施,以及压力灵敏度的提高和封装技术等问题进行研究。采用相位掩模法制备光纤Bragg光栅,在对裸光纤光栅的温度、应变特性进行充分分析的基础上,设计了结构相同的四种不同材料(高弹性不锈钢1CrlsNi9、低碳钢Q235s、铜、铝)的敏感探头,并利用有限元分析方法,对上述材料在均匀分布压力下的受力和形变进行了仿真分析。通过压力传感器结构设计实现温度补偿,解决了温度/应变交叉敏感问题,并通过实验标定出测量光栅的压力、温度灵敏度和参考光栅的温度灵敏度,实现了温度和应变的区分测量。为提高压力灵敏度,分别对敏感探头的材料选择、封装结构的壁厚、光纤光栅的粘贴位置、胶粘剂的选取、退火特性等进行了研究。研究结果表明:光纤Bragg光栅压力传感器具有良好的灵敏度、线性度和重复性,压力灵敏度实验测量数据与理论值基本吻合。在封装技术上,尝试采用了金属化封装光纤光栅压力传感器,对金属化封装光栅的压力、温度特性进行了测试,并与胶粘剂封装的光栅压力传感器进行对比分析。结果表明,金属化封装光纤光栅压力传感器具有精度高、机械强度好、稳定性和可靠性高、适于高温下的压力测量。本文设计的光纤Bragg光栅压力传感器,较好的实现了压力和温度的区分测量,压力灵敏度有一定的提高,并具有结构简单、线性度和重复性好等特点。关键词:光纤Bragg光栅;交叉敏感;压力灵敏度;封装技术;金属化封装光栅大连理工大学硕士学位论文 Study on FiberBragg Grating Pressure Sensor Abstract FiberBragg Grating hasmany unique advantages,such assmallsize,lightweight,strong corrosion resistance,andstronganti—interference ism capability etc,so ithas e one ofthemostpromising passive ,the bare FBG has low pressure sensitivity and issimultaneous sensitive totemperature/strain;it needs totake effectivemethod tosolvethesequestions ,this paper has studied on the structure design ofFBG Sensor probe,the problem oftemperature/strain Gross·sensitivity,勰well asincreasingpressure sensitivity andpackaging technique issues etc. FBG isfabficatedusing themethod ofphase mask,based on the fullanalysis of the temperature/strain characteristics for barefibergrating,different materials ofthesame four sensitiveprobes(highly flexiblestainless steel1CrlsNi9,low carbon ,copper and aluminum)are researchadopts thefiniteelement analysis method tomake the simulation analysis for thestress and deformation under uniform pressure solvetheproblem oftemperature/strain crOSS·sensitivity,design the structure ofpressure sensor to realize pensation,gratingpressure/temperature and referring gratingtemperature are