光纤Bragg光栅流量传感器.pdf

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1、第23卷第4期传感技术学报Vo1．23No．4CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSApr．20102010年4月FiberBraggGratingFlowSensorHUYurui，TANGYuanhong，LIChuan，1．ChinaNationalAviationFuel~nnanCompany，Kunming650200，ChinaI＼＼2．KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming65~51，China，Abstract：FlowsensorwithFiberBragg

2、Gratingsastransducerandtarget—typesensingstructureaselasticcomponentisdesigned．TwoFBG’Sarestickedtotheupperandlowerareasofthecantilever．AneffectivesolutionDouble—grat-ingstructurehasbeentakenforthestrainandtemperaturecross-sensitivity，themeasurementsensitivityisimproved．Theexperimenta

3、lresultsshowthattheresponsesensitivityofthesensoris33．6pm／kg．andtheaccuracyis0．5％．Keywords：flowsensor；fiberBragggrating；DoubleFBG；temperaturecompensation；Braggwavelength；loadEEACC：7230E；7320C光纤Bragg光栅流量传感器术胡玉瑞，唐源宏，李川／1．中国航空油料有限责任公司云南公司，昆明650200I1＼2．昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明650051／摘要：采用靶式结构作

4、为光纤Bragg光栅流量传感器的换能元件，其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿，有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题，提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤Bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33．6pm／kg，测量精度为0．5％。关键词：流量传感器；光纤Bragg光栅；双光栅；温度补偿；Bmgg波长；载荷中图分类号：TP212．1；TN253文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)04-0471-04由于光纤Bragg光栅传感器的独特抗电磁干扰率的变化，从而使光纤光栅的反射谱和透射谱发生变能力及

5、易燃易爆环境中的本质安全特性，基于光纤化¨J。通过检测光纤光栅反射谱或透射谱的变化Bragg光栅的传感技术发展迅速。该类型传感器的就可以获得相应的温度、应变等信息。根据光纤耦合测量及传输信号介质均为激光，信号为波长编码，可模理论，光纤Bragg光栅的中心波长A表示为实现测量数据实时自我校正。特别之处在于可以在A=2n(1)一根光纤中连续多个光栅，形成分布式的传感网络，式中n为纤芯的有效折射率，为光栅周期。由式能够极大地提高测量的安全性和准确性。因此在易(1)可知，光纤光栅的布拉格波长取决于光栅周期燃易爆环境的流量检测领域，基于光纤Bragg光栅和反相耦合模的有效折

6、射率n扪任何使这两个参的传感器具有广阔的应用前景¨J。本文设计了一量发生改变的物理过程都将引起光栅布拉格波长的种轴封膜片结构的靶式光纤Bragg光栅流量传感移位。应变引起光栅布拉格波长移位表示为器。根据测量要求对靶式光纤Bragg光栅流量传感AAB=2n+2AneyA(2)器结构和尺寸进行设计，双光栅的粘贴方式解决了传感器温度补偿，最后进行了传感器流量传感系统式中△表示光纤本身在应力作用下的弹性变性；的砝码干校法实验。△表示光纤的弹光效应。外界不同的应力状态将导致△和△n的不同变化。光纤产生应变时，光1光纤光栅流量传感器原理纤光栅的栅距和折射率发生变化，引起后向反

7、射光温度、应力的变化均会引起光纤光栅栅距和折射波长移位，因此有项目来源：云南省计划科技基金项目“本安光纤光栅热工传感器的研究”资助(2007F181M)收稿日期：2009—10—31修改日期：2009—12—10472传感技术学报第23卷与等强度悬臂梁自由端连接处的长度。根据光纤三几=(1一P)Ae+(，+)AT=△+Kr△(3)BBragg光栅波长移位与悬臂梁自由端应变关系公式中，是光纤的热膨胀系数；是光纤材料的热光式l4J，由等强度悬臂梁自由端移位与应力的系数；P是光纤材料的弹光系数；是光纤Bragg关系得到J：光栅的应变响应系数；K是光纤Bragg光栅的温度

8、6·F，·