光纤压力传感器方案.ppt

光纤压力传感器 主要内容 一、光纤传感技术概念 二、光纤压力传感器分类 三、光纤压力传感器的应用 光纤传感技术概念 光纤传感技术 伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体,光纤为媒质,感知和传输外界信号(被测量)的新型传感技术。当这种外界信号为压力时,即构成光纤压力传感器。光纤压力传感器作为一种新型的传感器,与传统的压力传感器相比体积小、重量轻,具有电绝缘性、不受电磁干扰、可用于易燃易爆的环境中等优点,另外还可以构成光纤分布式压力传感器,对桥梁、大坝等进行健康状况的实时监测。 一、强度调制光纤压力传感器 微弯型 一、强度调制光纤压力传感器 透射型 一、强度调制光纤压力传感器 反射型 一、强度调制光纤压力传感器 消逝波耦合性 二、频率调制光纤压力传感器 频率调制光纤压力传感器 三、相位调制光纤压力传感器 Mach-Zehnder干涉式光纤压力传感器 四、波长调制光纤压力传感器 光纤光栅压力传感器 五、分布式光纤压力传感器 基于OTDR的分布式压力传感器 光纤压力传感器的应用 1.光纤压力传感器在称重领域应用研究 2.光纤压力传感器在煤矿中的应用研究 3.光纤压力传感器在原油开采中的应用研究 1. 光纤压力传感器在称重领域的研究 研究背景：称重领域是光纤压力传感器应用的一个方向,目前主要集中于动态称重方面的研究。动态称重指在汽车运动状态下称出其质量，利用光纤压力传感器进行称重已成为目前动态称重研究的重点。 应用：光纤压力传感器包括强度调制型、相位调制型及波长调制型。  基本原理：当光纤弯曲时，在光纤中传输的导行模会在弯曲点变为辐射模，损耗掉部分光功率，光功率的损耗值与待测压力具有一定关系，通过测量光功率可得到待测压力。 工作原理：采用传感光纤与一根横截面为圆形的均匀细线绞合的办法使光纤产生一个预弯曲，在光纤受力时，曲率会发生变化，从而使光纤的损耗值也发生变化，其结构如图所示，该力一案可通过OTDR技术或正向光功率测量技术测量光纤弯曲损耗。 工作原理：通过干涉测量技术，相位调制型光纤压力传感器测量光纤内传播的光波相位在压力作用下发生的变化。该技术用在称重领域通过测量压力后转换为质量。 实例：2005年，袁申芳等人设计了一套基于迈尔讯干涉仪动态称重系统。如有图所示将干涉仪的测量光纤铺设在一块钢板上。当有压力作用在钢板上时，干涉仪输出信号会发生变化，通过测量输出信号的变化进行称量。该称重系统结构简单，价格低，可为许多实际应用提供更高精度需求。 工作原理：根据光纤光栅的中心波长漂移特性，利用光纤光栅进行压力测量的实验基本方案如图。透射型和反射型光纤光栅压力传感器都需进行波长解调而得到压力值。在进行称重实验时，多用将光纤光栅贴在形变体上的方法。研究人员一般采用承重梁模型或悬臂梁模型，光纤光栅被平行或垂直的贴在承重梁上，当车辆通过时，光纤光栅受到拉伸或压缩!通过解调波长得到车辆的质量。 研究背景：鉴于国内煤炭安全问题频出, 煤矿安全监控行业也逐渐被人们所重视, 先进而可靠的监控技术可以极大的提高和保障煤矿安全生产能效, 并且可以预测或预警事故的发生。光纤传感具有本质安全、耐腐蚀、漂移小、灵敏度高、使用寿命长并且便于与光纤环网通信系统融合等一系列独特优势, 已广泛应用于油井、电力、建筑等高危行业。同时光纤传感器也非常适用于煤矿井下单点或多点多参数检测, 是煤矿安全监控的理想选择。 基本原理：压力(应力)是光纤光栅传感器的主要检测量之一, 压力(应力)的变化可被光纤光栅传感器直接感知。而压力(应力)在不同场合表示不同的物理量, 煤矿中很多和压力(应力)有关的参数都可由光纤光栅传感器感知测量。 应用：矿用光纤称重传感器、矿用光纤液压传感器等。 工作原理：没有施加载荷作用时, 光谱仪接收到的光纤光栅布拉格反射光谱具有单一的反射峰;当载荷增加到一定程度时, 在光谱仪中看到反射光谱逐渐变宽、幅值逐渐减小, 直至出现两个峰值, 随外界载荷的增加, 反射峰向波长方向移动, 并伴随着两个反射峰彼此越发分离。再通过保偏分束器将两个反射波峰分离开, 进入功率探测器就可以实现简单的光纤光栅反射光谱的解调。 工作原理：当上部通道传入压强时, 此装置中部活塞向下运动, 通过触点使得双拱型悬臂梁发生形变。此时粘贴在悬臂梁一侧的ＦＢＧ会受到径向应力的作用。通过有限元分析悬臂梁的受力不均匀, 从而ＦＢＧ变为了啁啾光纤光栅, 这就会导致ＦＢＧ反射波谱宽的增加。 基本原理：光纤压力传感器系统的核心器件是由在一根光纤端部相邻串联的一个光纤F-P腔压力传感元件构成。其中光纤压力传感器采用非本征F-P干涉仪作为压力传感元。F-P干涉仪（又叫F-P腔）的基本结构是两个平行的