钛合金管封装的光纤Bragg光栅压力增敏传感器研究

"大范围光纤Bragg光栅压力传感器增敏实验研究" 光纤Bragg光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）是一种基于光的反射原理，用于传感各种物理参数的精密元件。该技术在现代光纤通信和传感系统中占有重要地位，因其抗电磁干扰、高灵敏度、小型化、轻量化以及能在极端环境条件下工作的特性而受到广泛关注。 本研究聚焦于提高FBG在压力传感领域的性能，特别是在大范围压力检测中的应用。研究人员利用钛合金材料的低弹性模量和对温度变化影响较小的特性，设计并制造了一种新型的压力传感器，其中FBG被封装在钛合金管内，作为应变增敏衬底元件。钛合金的选择有助于降低传感器对温度变化的敏感性，同时增强其对压力的响应。 实验结果显示，这种增敏设计的传感器表现出良好的线性响应和可重复性。FBG的中心波长偏移与调谐压强之间存在明显的对应关系，增敏后的传感器对压力的响应灵敏度达到0.034nm/MPa，这意味着每增加1兆帕(MPa)的压力，FBG的中心波长会偏移0.034纳米(nm)。这种增高的灵敏度使得传感器可以覆盖更宽的压力测量范围，实验中展示了0至40MPa的测压能力，理论上这个范围还可以进一步扩展。 此外，研究还对比了FBG传感器与传统的电阻应变计，以验证其性能。电阻应变计作为标准监测工具，与FBG传感器的实时监控数据进行对比，证实了FBG传感器在压力传感方面的优越性。FBG的波长调谐特性使其在数据采集和信号处理方面具有显著优势，特别是在需要高分辨率和快速响应的应用中。 论文还强调了FBG传感器在压力测量中的低分辨率问题，这是由于裸露的FBG对物理参数变化的响应相对较弱。因此，对FBG进行增敏封装是提高其性能的关键。通过使用钛合金管作为封装材料，不仅提高了传感器对压力变化的敏感度，还增强了其在实际应用中的可靠性。 总结来说，这项研究成功地开发了一种大范围光纤Bragg光栅压力传感器，通过采用钛合金材料实现了传感器的增敏，显著提升了压力测量的灵敏度和量程。这一成果对于提升光纤传感器在石油、天然气、航空航天等领域的应用潜力具有重要意义，并为未来FBG传感器的设计与优化提供了新的思路。