孔隙水壓FBG傳感器設(shè)計(jì)研究.pdf

1、光纖布拉格光柵傳感器是目前發(fā)展比較成熟的光纖傳感器之一，并被應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防等各個(gè)領(lǐng)域。水災(zāi)是礦井、大壩及土木建筑中的主要災(zāi)害之一，水災(zāi)可能造成突水淹井和巷道、壩體及建筑垮塌以及設(shè)備破壞，造成人員群死群傷和巨大經(jīng)濟(jì)損失。為了實(shí)現(xiàn)對各種水害的防治，對各類水（滲）壓檢測傳感器需求非常迫切。
　　本論文結(jié)合礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地開放基金“礦山孔隙滲(水)壓光纖光柵傳感器及網(wǎng)絡(luò)”及本校土建學(xué)院對巖體水壓檢測的

2、聯(lián)合項(xiàng)目，對幾種自行設(shè)計(jì)的孔隙水壓光纖光柵傳感器進(jìn)行了理論及實(shí)驗(yàn)研究，主要內(nèi)容包括：
　　1、綜述了光纖光柵傳感器發(fā)展國內(nèi)外現(xiàn)狀和光纖水壓傳感器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。
　　2、提出了一種光纖光柵滲(水)壓傳感器結(jié)構(gòu)，并對該類傳感器進(jìn)行了理論研究。此滲壓傳感器外形為圓柱體，體積內(nèi)徑為10mm，長度為30mm。內(nèi)部嵌有長方體的膜片，長為30mm、寬為10mm、厚度為O.lmni，光纖光柵粘貼于膜片的上表面正中心，滲水壓力通過膜片傳給

3、光纖光柵,使其發(fā)生形變，從而實(shí)現(xiàn)對水壓的傳感。主要工作為：對傳感器的膜片受力情況進(jìn)行了有限元分析，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后獲得了該傳感器的理論模型。
　　3、對本課題組自行設(shè)計(jì)的一種基于菱形金屬結(jié)構(gòu)的微型壓力傳感器進(jìn)行了理論及實(shí)驗(yàn)研究。對傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了有限元分析，設(shè)計(jì)并制作了該傳感器，實(shí)驗(yàn)測得該傳感器量程為:0-0.234MPa；靈敏度為3.398mn/MPa;該傳感器具有體積小、量程大和精度髙的優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于安裝環(huán)境狹小和高精

4、度的工況環(huán)境中使用。
　　4、提出并實(shí)現(xiàn)了一種金屬探針狀壓力傳感器結(jié)構(gòu)，并對該傳感器的傳感特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)測得該傳感器量程為0-550N，靈敏度為0.2Pm/N，線性度為98.62％。
　　5、提出并實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用在土木建筑工程上的光纖光柵水壓力傳感器。該傳感器通過埋入相似材料的方法，對土建中的孔隙水壓進(jìn)行測試，傳感器量程為0-0.3312MPa，靈敏度為14.8343 nm/MPa，線性度為98.15%，并對傳感模