【摘 要】
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调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）激光干涉光纤压力传感器具有测量精度高、稳定性好、抗电磁干扰、防爆、阻燃等优点,可以应用于石油化工和航空航天等领域。但是,环境温度等因素会导致FMCW激光干涉光纤压力传感器产生测量误差。为了消除温度对压力测量的影响,本文重点研究了FMCW激光干涉压力传感器的温度特性和温度补偿方法。本文首先分析FMCW激光干
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调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）激光干涉光纤压力传感器具有测量精度高、稳定性好、抗电磁干扰、防爆、阻燃等优点,可以应用于石油化工和航空航天等领域。但是,环境温度等因素会导致FMCW激光干涉光纤压力传感器产生测量误差。为了消除温度对压力测量的影响,本文重点研究了FMCW激光干涉压力传感器的温度特性和温度补偿方法。本文首先分析FMCW激光干涉测量原理和FMCW激光干涉膜片式光纤压力传感器的测量机理,并且利用Solid Works软件仿真分析膜片形变与压力之间的关系;然后结合压力传感器的结构和材料特性,分析了温度对压力传感器各个部件的影响;最后通过实验得出压力传感器的温度特性。针对FMCW激光干涉光纤压力传感器温度漂移问题,本文提出了两种温度漂移补偿方法。第一种方法是采用一个辅助干涉腔,通过测量温度对辅助干涉腔腔长的影响来校正温度对压力传感器腔长的影响。首先制作一个FMCW激光温度传感探头作为辅助干涉腔;然后将辅助干涉腔和压力干涉腔固定在一起;最后建立温度补偿模型,并编写双参量信号采集算法和温度补偿算法,从而修正压力传感器温度漂移。第二种方法是采用一个热电偶,通过热电偶测量绝对温度来校正温度对压力传感器腔长的影响。首先进行热电偶测温模块的电路设计,从而实现温度采集;然后基于ARM微处理器芯片（STM32F405）进行温度补偿电路设计;最后编写温度补偿算法,根据压力传感器腔长与温度之间的关系校正压力传感器温度漂移,并采用Py Qt5进行上位机软件设计。搭建温度补偿系统进行实验验证。实验结果表明,采用辅助腔补偿后,温度对FMCW激光干涉光纤压力传感器的测量影响从5.928k Pa/℃减小至1.616k Pa/℃。采用热电偶补偿后,温度对FMCW激光干涉光纤压力传感器的测量影响从5.932k Pa/℃减小至0.872k Pa/℃。两种温度补偿方法都有效减小了FMCW激光干涉光纤压力传感器的温度漂移。
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