拉杆结构光纤布拉格光栅新型渗压传感器设计与性能优化

本文主要探讨了一种创新的光纤布拉格光栅（FBG）渗压传感器，针对大坝、隧道和煤矿等工程领域以及模型试验对渗压检测的高精度需求，该设计特别考虑了对渗压敏感的轴向应变测量。这种传感器采用了波纹膜片和对称拉杆结构，通过调整光纤光栅的应力状态来实现对渗压的实时监测。设计过程中，利用ANSYS这一强大的有限元分析软件进行了模拟设计和性能评估，确保了传感器在压力响应上的高可靠性，并显著缩短了研发周期。 在技术实现上，传感器的核心在于其独特的机械结构，波纹膜片的设计使得传感器能够有效地将压力转化为轴向应变，进而转换成光信号。ANSYS软件的仿真分析则提供了对传感器在实际工作环境下的压力特性和外壳抗压性能的深入理解，优化了传感器的整体设计。 经过标定试验，该FBG渗压传感器在0-100 kPa的测量范围内，压力灵敏度达到了惊人的20纳米每兆帕，相比常规的FBG有显著提升，是普通FBG的6683倍，这表明其具有极高的灵敏度和精确度，非常适合于对微小渗压变化进行精密监测。 此外，迟滞特性和重复性测试结果表明，该传感器的迟滞效应仅为0.85%，显示出极好的线性响应，而重复性也表现出良好的稳定性。这些特性对于长期稳定运行和数据可靠性至关重要，对于工程应用中的渗压监控具有重要意义。 基于拉杆结构的光纤布拉格光栅渗压传感器结合了先进材料、精密机械设计和数值模拟的优势，为工程领域提供了一种高效、精确的渗压测量解决方案，有望在大坝安全、隧道维护和煤矿监测等方面发挥重要作用。