高温应变FBG传感器的设计及封装技术

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:Vilmar
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由于光纤Bragg光栅传感器具有体积小、灵敏度高和抗干扰能力强等优点,因此越来越受到人们的广泛关注,特别在石油化工、桥梁建筑和电力工业等领域。在石油化工领域中需要保持对高温环境中工作的结构进行应变监测,因电阻应变片在石油化工中存在安全性问题不能使用,而普通的光纤光栅应变传感器,在高温恶劣环境中的应用尚欠不足也满足不了使用需求。因此本文对光纤Bragg光栅应变传感器在高温下的应用进行了实验测试,主要步骤如下:1.先选取了合适的耐高温光纤Bragg光栅即polyimide-FBG,设计了具有应变增敏效果的双菱形传感结构,确定了传感器的固定方式为选用耐高温粘结剂进行粘结,最终制造出能在高温下工作的具有高灵敏度的光纤Bragg光栅应变传感器;2.推导了双菱形应变传感结构的增敏效果公式,确定了外界待测应变和光栅中心波长漂移的关系,最后分析了光栅预拉后Bragg波长的漂移情况;3.用ANSYS有限元分析软件对双菱形传感结构、应变集中式和方形传感结构施加应力模拟仿真,发现三种应变传递结构的位移和应力模拟结果与理论相符合;4.最后测试了双菱形结构传感器的应变特性和温度特性。在测试传感器压缩应变特性时,当压缩应变增大到一定数值后曲线出现平坦,这是因为预先对光栅进行了预拉,应变达到一定数值后对预拉进行了抵消,光栅恢复原状。实验结果表明传感器能在300℃下工作,它的平均拉伸、压缩应变灵敏度分别为3.049 pm/μ?和3.259 pm/μ?。
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