光纤光栅双材料震动无感温度传感器设计

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:urtracy2009
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光纤传感技术是一种基于光纤和信号传输而衍生出来的新兴传感技术。光纤传感器的传感灵敏度是传统传感器的几倍,可以持续在高压、高温、高噪声、强腐蚀等恶劣环境中运行。基于光纤布拉格光栅(FBG)的双材料震动不敏感温度传感器是其中的重要一类。本论文主要研究基于光纤光栅的双材料震动无感温度传感器,针对现有设计方案应力和温度相互影响的问题,提出了一种基于温度传感材料的双材料悬臂梁传感器结构。与现有的传感器结构相比,该方案结构简单、易于加工、测量精度高,具有广阔的应用前景。光纤布拉格光栅可以可用于大温度范围的温度探测器,各种温度信号的测量都可以体现在光纤光栅光谱效应中,如传感器上的响应材料膨胀和收缩,改变了FBG的周期,产生的中心波长偏移对应于响应材料膨胀和收缩,通过测试FBG的光谱特性就可间接得知材料的力学性能。传统的FBG温度传感器,普通的FBG直接安装在单个金属材料上,当温度的变化和外界的震动都会是FBG拉伸,测试的结果掺杂了震动因素对其的影响,使得灵敏度有所下降。本论文所设计的震动无感温度传感器,以可调节感测灵敏度为重点。通过机械建模(CAD)软件设计出固定基座和悬臂梁,使用紫外胶水和结构胶水粘接的方式,把普通FBG安装在由两种性质不同的金属材料组成探测台的悬臂梁上,分别选用了黄铜和铝。两种金属材质的物理特性具有很大的差异,由于两种材料的杨氏模量和热膨胀系数不同,悬臂的两种金属受温度的影响。发生不同的应力伸展,由于不同的材料特性,所以两个FBG的拉伸量是不同的。即使在有剧烈震动的环境中,悬臂梁具有抵消震动对FBG的影响,反射波长里面囊括两个不同波长的反射峰,并测量反射波峰达到了震动无感测量的目的。与传统FBG传感器相比,灵敏度有了明显的提高。
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