【摘 要】
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光纤传感器以其体积小、重量轻、抗电磁干扰、稳定性高等优势,已有很多研究人员研究其在辐照环境下的应用。尽管光纤传感器在发展中已经形成了各种适用于不同环境的产品,但是随着传感测量的发展,对光纤传感器的稳定性和精度等提出了更高的要求。针对核电装置中温度及差压的测量,传统的电子传感器较难于在高温环境下工作,因此本文考虑运用光纤传感器,提出了光纤珐珀和光栅两种结构的温度传感器,以及光纤光栅差压传感器。本文首
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光纤传感器以其体积小、重量轻、抗电磁干扰、稳定性高等优势,已有很多研究人员研究其在辐照环境下的应用。尽管光纤传感器在发展中已经形成了各种适用于不同环境的产品,但是随着传感测量的发展,对光纤传感器的稳定性和精度等提出了更高的要求。针对核电装置中温度及差压的测量,传统的电子传感器较难于在高温环境下工作,因此本文考虑运用光纤传感器,提出了光纤珐珀和光栅两种结构的温度传感器,以及光纤光栅差压传感器。本文首先针对国内外光纤传感器在核辐照环境下的研究进行了调研,设计制作的光纤珐珀(Fabry-Perot,F-P)温度传感器,其温度灵敏度约为12.0 pm/℃,光纤光栅温度传感器的温度灵敏度约为12~14 pm/℃左右。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)采用飞秒激光刻写技术以提高FBG的辐照稳定性。通过伽马辐照实验,研究了在辐照环境下FBG的特性:辐照会使得FBG的中心波长发生漂移。因此,需考虑如何减小辐照对FBG的影响,提出了通过热退火的方式。在辐照后对比了辐照和未辐照FBG的温度特性,2 MGy伽马辐照会导致FBG的温度灵敏度不稳定。针对现有辐照环境下使用温度传感器接口,设计了适用于光纤传感器的封装。基于应变的原理设计制作了两种光纤FBG差压传感器,并对其进行了实验测试。首先使用了悬臂梁测试了FBG的应变特性,基于实验设计了双、单膜片差压传感器。双膜片的差压传感器结构较大,为了应用于核辐照环境,采用全金属封装后较重,灵敏度较小。单膜片差压传感器设计简化了结构,通过实验验证发现8个正反粘贴的FBG联合计算,其差压灵敏度为35.0 pm/kPa。为了进一步缩小差压传感器的尺寸,设计了更优的方案,并对该方案进行了仿真和分析。
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