论文摘要
光纤光栅传感器是利用光栅波长对温度，应变敏感的特性而制成的一种光纤传感器，除具有传统电类传感器的功能外，它还具有抗电磁场干扰，测量范围广，动态范围大，稳定性好等优点，被广泛应用于大型复合材料和混凝土的结构监测和电力、石油和化工领域过程的监控。针对目前广泛使用的光纤Bragg光栅(FBG)传感解调成本高、速度慢的缺点，本文将主要用于光纤通信色散补偿的光纤啁啾光栅(Chirped Fiber Grating缩写为CFG)应用于压力传感技术，并采用反射波长的强度信号表征所测量的压力信号，大大降低了成本。使采样频率由FBG的100Hz提高到了5kHz，研究取得了一些有实用价值的结果。本文首先介绍了CFG的结构、原理、制作方法、实际应用和国内外的研究现状和发展趋势。分析了CFG作为传感器对应变、压力和温度的传感特性。对0—20吨压力传感弹性体进行的受力分析得出CFG正确的粘贴位置和方向，并确定了最佳的粘贴和固定方法。本文对CFG光强型压力传感器研究过程中遇到的问题进行了深入的探讨。其中包括：在0—20吨载荷变化时，尽管CFG反射波带宽比FBG大10倍，但压力载荷产生的波形位移量仍大于CFG的带宽，使得CFG反射波长与载荷关系超出线性区域，通过补偿的方法解决了此问题；由于采用强度解调，环境变化不可避免地对压力测量准确度产生影响，本文对影响因素进行了深入的试验和分析。最后对CFG压力传感器进行了静态和动态试验，结果显示，在较短时间内，例如30分钟，没有严重的外界干扰条件下，CFG光强型压力传感器的漂移仅0.1％，静态测量精度可达0.5％；在15km／h速度之内的动态汽车称重精度可达2％之内。本文所做的主要工作包括：1、参与CFG光强型压力传感器的设计，样机的标定试验和汽车动态称重试验工作；2、研究CFG在弹性体上的不同粘贴状况对测量结果的影响，分析得出最佳的固化方式。3、设计CFG在压力传感弹性体的剪压力感应孔中的粘贴模具，解决了CFG的粘贴平整问题。4、解决了CFG的光强与压力信号线性范围不够的问题。研究结果表明：基于CFG的压力传感器的构想可行，特别是需要在动态和瞬间进行压力检测的地方，如车辆动态称重检测，具有很好的应用前景。