光纤光栅压力传感器概要.ppt

1.姓名：潘金泉学号：1434041006，职务：光纤布拉格光栅压力传感器，光子信息技术，1。压力传感器。在现代工业生产过程中，压力是测量和控制的最基本参数之一。机械传感器有很多种，如电阻应变式压力传感器、半导体应变式压力传感器、压阻式压力传感器、感应式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器和电容式加速度传感器。电容式压力传感器、电感式压力传感器、压阻式压力传感器、工程中常用的几种压力传感器，1。液柱压力计液柱压力计根据流体静力学原理测量压力。他们通常使用汞或水作为工作流体，并使用U型管或单管进行测量。它们通常用于测量低压、负压或压差。2.弹性压力计弹性压力计基于弹性元件压缩引起的弹性变形。它结构简单，价格低廉，使用和现场维护方便，压力测量范围广，在工程中得到了广泛的应用。3.压阻式压力传感器压阻式压力传感器的压敏元件是一种基于压阻效应的压阻元件。所谓的压阻元件实际上是指通过集成电路技术由半导体材料制成的扩散电阻器。当它受到外力时，其电阻值会因电阻率的变化而变化。该传感器的主要优点是体积小、结构简单、动态响应好、灵敏度高。它可以测量超过10帕的微压。这是一个理想的压力传感器。然而，该传感器的测量精度受到非线性和温度的影响，从而影响压阻系数。除上述传统压力传感器外，光纤光栅压力传感器还能克服传统电磁压力传感器的应用局限性，具有本质安全、防爆、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、信号传输距离长、易于实现多点分布式压力测量和长期在线监测等优点。2.1、光纤光栅的结构，是利用光纤材料的光折变效应，利用紫外激光从侧面写入纤芯，形成折射率周期性变化的光栅结构，这种光栅称为布拉格光纤光栅。根据光纤光栅的耦合模理论，当一束宽带光入射到光纤光栅中时，折射率的周期性结构使特定波长的窄带光被反射，反射光的波长满足布拉格散射条件：其中：B为布拉格波长(即反射光的中心波长)；是光栅周期；Neff是光纤光栅的有效折射率。从上述公式可以看出，光纤光栅反射光的中心波长(光纤光栅波长)主要取决于光栅周期和有效折射率neff。光纤光栅结构图，当光纤光栅感受到外部环境温度T或应变变化时，就会引起光栅周期和有效折射率的变化，从而引起反射光波长的偏移。因此，可以通过检测光纤光栅反射光的波长变化来获得外部温度或应变信息，这是光纤光栅传感的基本原理。3.光纤光栅的应力特性。当外部应力作用在光纤光栅上时，光纤光栅将被机械拉伸以改变其光栅常数，该常数可表示为：x是检测点处的轴向应变。光弹性效应改变光纤光栅的折射率：其中，Pe为光弹性系数，上述公式为光纤光栅波长变化与外部应变之间关系的表达式；其中，K是光纤光栅的应变敏感系数，其大小与光纤材料密切相关，由光纤的弹性光学系数、有效折射率和泊松比决定。下图所示的光纤光栅应变传感器是悬臂梁应变调谐机构。当确定光纤的材料时，K为常数，光纤光栅的波长变化应与外界成线性关系。在那里由光纤光栅的应变计算出传感光栅的波长变化、光纤光栅的波长悬臂调谐曲线、FBG中心波长随压力增加的响应曲线。4.光纤光栅压力传感器，(1)根据实际压力测量要求，光纤光栅压力传感器可分为弹簧管光纤光栅压力传感器、膜片光纤光栅压力传感器；(2)共同特点：结构简单，易于加工生产；传感器易于串联和重复使用。具有温度补偿功能，测量结果不受温度影响；稳定性好，可靠性好，(1)弹性管式光纤光栅压力传感器，光纤光栅1和光纤光栅2沿中心轴分别粘贴在弹性管的前后表面。感应弹簧管在被测压力的作用下会产生弹性变形，光纤光栅也会产生应变。由于温度变化，两个光纤光栅的波长漂移方向相同。将两个光纤光栅的波长差作为压力测量信号，不仅可以提高压力灵敏度，而且压力测量结果不受温度变化的影响。弹性管式光纤光栅压力传感器固有频率低，适用于测量气体或液体的静压力。将两个中心波长不同的光纤光栅粘贴在光阑的相应区域；也就是说，将一个光纤光栅粘贴到膜片的中心位置，以检测膜片上的中心法向应力；另一个光纤光栅径向粘贴在隔膜中心点半径除以隔膜边缘之间，检测隔膜上的径向负应力，两个光纤光栅之间的波长差作为测量压力的传感信号。由于温度变化引起的两个光纤光栅的波长漂移方向相同，差分测量信号消除了温度对压力测量结果的影响，也提高了传感器的测量分辨率。本发明具有良好的动态特性，可用于测量气体或液体的静态和动态压力。(2)具有平面圆形膜片的光纤布拉格光栅压力传感器，5。摘要：光纤布拉格光栅压力传感器可以克服电压力传感器的应用局限性