光电子    Vol.7 No.2 (June 2017)

一种基于布拉格光栅的水压传感器设计
Design of Water Pressure Sensor Based on Prague Grating

作者: 刘仪琳 * , 徐琳 , 马彦华 , 刘倩 * , 李丽君 ：山东科技大学电子通信与物理学院，山东 青岛；矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，山东 青岛;

关键词: 布拉格光纤光栅； 光纤传感器； 有限元分析； 水压传感器； 管式膜片封装； Bragg Fiber Grating； Fiber Optic Sensor； Finite Element Analysis； Water Pressure Sensor； Tubular Film Package

摘要:
本文提出了一种基于金属膜片与布拉格光纤光栅(FBG, Fiber Bragg Grating)相结合的水压检测装置，该传感器采用管体增敏封装结构，工作过程为水压推动膜片带动推动光纤光栅，使光栅产生形变，引起FBG的中心波长产生漂移，通过解调光栅波长就可以实现对水压的感知。通过对传感器结构中膜片受力过程有限元分析，获得了该传感器结构模型，并给出传感器设计参数。此传感器具有体积小、结构简单和易于组网等优点，可以应用于煤矿水压监测、坝体渗水及水位监测等。

Abstract: In this paper, a kind of water pressure sensor based on metal diaphragm and FBG fiber grating (FBG) is proposed with a tube shape of sensitive increasing package structure. Its working process is that the water pressure can be gotten from the FBG central wavelength drift, which coming from the deformation of the diaphragm connecting with the FBG. A serious of the diaphragm deformation processes in this sensor structure is simulated by finite element analysis method. The sensor structure model is obtained and the sensor design parameters are gotten. This kind of water pressure sensor has the advantages of small size, simple structure and easy networking. It can be applied in coal mine water pressure monitoring, dam body seepage and water level monitoring, etc.

文章引用: 刘仪琳 , 徐琳 , 马彦华 , 刘倩 , 李丽君 (2017) 一种基于布拉格光栅的水压传感器设计。 光电子， 7， 35-42. doi: 10.12677/OE.2017.72006

参考文献

[1] 马茜, 李丽君, 等. 一种大量程光纤布拉格光栅位移传感器[J]. 光通信研究, 2016, 196(4): 49-66.

[2] 王坤. 一种V型悬臂梁结构的光纤F-P加速度传感器研究[D]: [硕士学位论文]. 武汉: 武汉理工大学, 2015.

[3] 邵军, 刘君华, 等. 基于弹簧管悬臂梁的FBG压力传感的研究[J]. 光电子•激光, 2006, 17(7): 807-809.

[4] 高侃, 周赢武, 林峰, 等. 基于长周期光纤光栅的压力传感器[J]. 中国激光, 2004, 31(8): 997-1000.

[5] 刘优平, 张鸿, 黎剑华. 高速公路软基孔隙水压光纤光栅监测技术[J]. 南昌工程学院学报, 2015, 34(3): 61-63.

[6] 蒋泽民. 沥青路面孔隙水压力传感测量与路面结构优化研究[D]: [硕士学位论文]. 南京: 南京航空航天大学, 2012.

[7] 宋广东, 孟祥军, 宫志杰, 等. 基于薄壁圆筒结构的光纤光栅瓦斯压力传感器[J]. 光纤与光子传感技术, 2015, 28(1): 51-55.

[8] 李洪利. 光纤光栅传感器在海床超孔压监测中的适用性研究[J]. 山东: 中国海洋大学, 2015.

[9] 吕栋, 胡小弟, 周永莲, 等. 基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力测量的研究[J]. 武汉工程大学学报, 2016, 38(3), 268-272.

[10] Rodriguez-Cobo, L., Cobo, A. and Lopez-Higuera, J.-M. (2015) Embedded Compaction Pressure Sensor Based on Fiber Bragg Gratings. Measurement, 68, 257-261.

[11] 李国华. 光纤光栅点式水压传感器的研制[J]. 现代仪器, 2012, 18(1): 38-43.

[12] 梁磊, 左军, 南秋明, 等. 新型光纤光栅渗压传感器及其在土木工程中的应用[J]. 河南科技大学学报(自然科学版), 2005, 26(4): 58-60.

[13] 刘小会, 王昌, 刘统玉, 等. 矿井下用光纤光栅水压传感器及系统[J]. 光子学报, 2009, 38(1): 112-114.

[14] 殷小峰, 姜暖, 杨华勇, 等. 基于弹性薄片封装的高灵敏度光纤光栅压力传感器[J]. 光电子•激光, 2011, 5(22): 682-684.

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