盲管式光纤Bragg光栅中低压传感器

论文摘要

压力容器是化工生产的重要因素。压力是压力容器的一个重要参数,如压力容器的压力超过额定值时是不安全的,必须对其进行测量和控制。用来测量气体或液体压力的工业自动化仪表称压力表或压力计。在诸多压力测量仪表中,由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性,使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。光纤Bragg光栅传感器用波长编码,而波长这个绝对参量不受光源功率的波动及连接或耦合损耗的影响,传感信号可长距离传输且不受电磁信号的干扰。特别之处还在于很容易在一根光纤中连续制作多个光栅,所制得的光栅阵列轻巧柔软,与时分复用和波分复用技术相结合,对温度、压力、应变等实现多点监测。研究表明,光纤Bragg光栅传感特性稳定,是理想的压力传感元件。只有对光纤Bragg光栅传感探头进行合理的设计,才能使其成为能满足工程实际要求的传感器。因此对光纤Bragg光栅压力传感探头的设计和传感器的封装方法的研究对于其走向实际应用具有重要的意义。针对于石化行业中的中低量程压力的测量,本人设计了一种盲管式光纤Bragg光栅中低压传感器。建立传感模型,通过对比选择了金属弹性钛筒弹性元件作为光纤Bragg光栅压力传感器的换能结构,并进行可行性论证。通过理论分析,得出该压力传感器的灵敏度为42.61pm/MPa和该压力传感器的分辨率为0.0235pm/MPa。在完成对相应各元件的加工和封装后,在0-3.OMPa范围内进行了压力加载和卸载的实验。实验中通过光纤光栅解调仪监测光纤Bragg光栅波长的漂移,并记录下实验数据。最后,通过对实验数据进行处理和分析,定量的研究了该光纤Bragg光栅传感.器的中心反射波长与应变之间的线性度,并得出了其压力灵敏度23.2pm/MPa,分辨率为0.0431MPa/pm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 工业中常用压力表
• 1.2.1 弹簧管压力表
• 1.2.2 膜片压力表
• 1.2.3 膜盒压力表
• 1.2.4 波纹管压力表
• 1.3 光纤Bragg光栅压力传感器的发展现状
• 1.4 小结
• 第二章 盲管式光纤Bragg光栅中低压传感器的设计
• 2.1 引言
• 2.2 传感器的测量原理
• 2.2.1 电阻应变式传感器的传感原理
• 2.2.2 传感器的传感原理
• 2.3 传感器的传感结构
• 2.3.1 传感器的结构设计标准
• 2.3.2 弹性换能元件选择
• 2.3.3 传感探头设计中要考虑的问题
• 2.3.4 传感器的结构
• 2.4 传感器的传感模型
• 2.4.1 光纤Bragg光栅的应变特性
• 2.4.2 传感器的力学分析
• 2.5 小结
• 第三章 盲管式光纤Bragg光栅中低压传感器的研制
• 3.1 引言
• 3.2 传感器的加工材料
• 3.3 传感器典型的技术参数
• 3.3.1 传感器的结构尺寸
• 3.3.2 传感器的理论传感特性
• 3.4 传感器的总装
• 3.4.1 光纤Bragg光栅的粘贴
• 3.4.2 光纤Bragg光栅与传感头的熔接
• 3.4.3 传感器的封装
• 3.5 小结
• 第四章 盲管式光纤Bragg光栅中低压传感器的测试
• 4.1 引言
• 4.2 测试原理
• 4.2.1 实验的测试原理
• 4.2.2 实验中的仪器
• 4.3 实验过程和结果
• 4.3.1 传感元件的固定
• 4.3.2 实验中传感器的零点漂移
• 4.3.3 实验的加载和卸载
• 4.4 传感器的性能指标
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 今后工作的展望和建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表论文与参加课题