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温度弱敏感光纤高温压力传感器

物理学报 2024年第1期73卷 218-226页

作者：王伟李金洋毛国培杨艳高志强马骢钟翔雨史青北京遥测技术研究所北京100076

针对高温压力测量需求,提出了一种温度弱敏感的光纤微机械电子(MEMS)压力传感技术.该技术采用非本征光纤法布里-珀罗干涉模型,利用MEMS压力敏感膜片对干涉光信号进行被动调制,进而实现压力信号测量.通过仿真计算热应力和材料自身热膨胀... 详细信息

针对高温压力测量需求,提出了一种温度弱敏感的光纤微机械电子(MEMS)压力传感技术.该技术采用非本征光纤法布里-珀罗干涉模型,利用MEMS压力敏感膜片对干涉光信号进行被动调制,进而实现压力信号测量.通过仿真计算热应力和材料自身热膨胀引入的温度寄生响应来分析温度信号对膜片位移的影响.在此基础上结合亚微米级白光干涉响应技术和低热应力封装工艺,研制了高温压力传感器样机.实验测试结果表明,在20—400℃范围内,可满足0—100 kPa压力测量,由温度变化引入测量误差低于4%.

关键词：高温光纤压力传感法布里-珀罗干涉微机械电子芯片

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基于光纤偏振特性的压力传感中测量范围的拓展方法

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激光与光电子学进展 2021年第19期58卷 126-131页

作者：张超苏洋王艺敏汪井源李建华陆军工程大学通信工程学院江苏南京210014

测量范围的拓展对提升基于偏振特性的光纤压力传感系统的实用性有着重要意义。以拓宽测量范围并保持原有传感灵敏度为目标,提出了一种基于斯托克斯多参量融合的传感方案。通过理论仿真得到传感头目标偏振轴。利用偏振控制器,压力装置和... 详细信息

测量范围的拓展对提升基于偏振特性的光纤压力传感系统的实用性有着重要意义。以拓宽测量范围并保持原有传感灵敏度为目标,提出了一种基于斯托克斯多参量融合的传感方案。通过理论仿真得到传感头目标偏振轴。利用偏振控制器,压力装置和偏振检测计,在实验中得到了线性度为99.8%、灵敏度为0.1938 N^(-1)、测量范围为28 N的传感性能,多参量融合方案的测量范围比单参量测量方案提高了5倍。实验结果与理论预期吻合较好。所提方案可以大幅度提升基于光纤偏振特性的传感系统的性能并扩展了其实用价值。

关键词：光纤光学光纤压力传感斯托克斯参量测量范围偏振旋转轴灵敏度

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温度弱敏感光纤高温压力传感器技术研究

物理学报 2023年

作者：王伟李金洋毛国培杨艳高志强马骢钟翔雨史青北京遥测技术研究所

针对高温压力测量需求，提出了一种温度弱敏感的光纤微机械电子（MEMS）压力传感技术。该技术采用非本征光纤法布里-珀罗干涉（Extrisic Fabry-Perot Interference，EFPI）模型，利用MEMS压力敏感膜片对干涉光信号进行被动调制，进而实... 详细信息

针对高温压力测量需求，提出了一种温度弱敏感的光纤微机械电子（MEMS）压力传感技术。该技术采用非本征光纤法布里-珀罗干涉（Extrisic Fabry-Perot Interference，EFPI）模型，利用MEMS压力敏感膜片对干涉光信号进行被动调制，进而实现压力信号测量。通过仿真计算热应力和材料自身热膨胀引入的温度寄生响应来分析温度信号对膜片位移的影响。在此基础上结合亚微米级白光干涉响应技术和低热应力封装工艺，研制了高温压力传感器样机。实验测试结果表明，在20～400℃范围内，可满足0～100kPa压力测量，由温度变化引入测量误差低于4%。

关键词：高温光纤压力传感法布里-珀罗干涉 MEMS芯片

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光纤管道及液体压力传感器的研究

光纤管道及液体压力传感器的研究

作者：丁仕祺厦门大学

学位级别：硕士

光纤压力传感器与传统的电子式压力传感器相比,有着灵敏度高、成本低且易于复用等优点。由于光纤传感器无需供电的特性,可以在煤矿瓦斯管道监测和一些复杂的电磁干扰环境中安全地工作,近些年成为了研究的热点。市面上的光纤压力传感器... 详细信息

光纤压力传感器与传统的电子式压力传感器相比,有着灵敏度高、成本低且易于复用等优点。由于光纤传感器无需供电的特性,可以在煤矿瓦斯管道监测和一些复杂的电磁干扰环境中安全地工作,近些年成为了研究的热点。市面上的光纤压力传感器普遍存在量程较小,灵敏度低,稳定性不好等缺陷。本文通过对光纤传感器的理论研究,设计了两款不同结构的光纤压力传感器,并在实验中对其性能进行了验证。本文主要工作体现在以下几个方面:（1）对光纤传感器的原理和研究热点进行了介绍,主要介绍了光纤光栅传感器和F-P干涉式光纤传感器的传感机理和研究进展,并对光纤压力传感器的研究现状做了阐述。（2）针对光纤光栅压力传感器量程较小的问题,设计了一款新型的光纤压力传感器结构,将金属弹簧作为连接器件引入光纤光栅C型管压力传感器中,使得传感器在0-1.6MPa量程内的灵敏度提高到1.573nm/MPa,与查阅到的光纤光栅压力灵敏度相比提高了近6倍,并且制作了可以在25MPa大量程下工作的压力传感器。这种结构的光纤光栅压力传感器灵敏度高,量程可以根据需要来设计,并且稳定性极好,在压力环境的扰动稳定后能够快速恢复。（3）对基于F-P干涉仪的传感器传感理论进行了介绍,并基于F-P干涉仪设计了一款膜片式的光纤压力传感器。并搭建了压力实验系统对传感器性能进行了测试。通过对传感器干涉谱自由光谱范围的监测来进行压力的测量,实验证明该传感器能够适应不同范围下压力的测量,并且在0.9MPa量程下的灵敏度达到21.296nm/MPa,能够适应在小量程范围下的精确测量。

关键词：光纤压力传感光纤Bragg光栅 Fabry-Perot干涉

基于半导体激光干涉技术的电气设备状态检测研究

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激光杂志 2021年第5期42卷 52-56页

作者：刘俊章磊湖北理工学院电气与电子信息工程学院湖北黄石435003

为提高电气设备信号传输效率,提升电气设备状态检测的及时性和准确性,研究基于半导体激光干涉技术的电气设备状态检测方法。应用半导体激光干涉技术结合光纤压力传感技术,获得运行中设备的压力参数,调用相应的知识规则判断设备的运行状... 详细信息

为提高电气设备信号传输效率,提升电气设备状态检测的及时性和准确性,研究基于半导体激光干涉技术的电气设备状态检测方法。应用半导体激光干涉技术结合光纤压力传感技术,获得运行中设备的压力参数,调用相应的知识规则判断设备的运行状况,实现电气设备状态检测,并依据信号数据分析判断电气设备故障原因,提出相应维修措施。实验证明:该方法可通过检测电气设备的振动频率特性,准确衡量设备的运行状态和故障状态,具备较好的电气设备故障状态检测效果;且该方法应用后,信号由电气设备传输到控制室上位机的延时最短,信号平均传输率高、信号传输平均误码率低,可实现电气设备状态的高效、准确检测。

关键词：半导体激光干涉技术电气设备状态检测光纤压力传感信号传输

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波纹膜片式Fabry-Perot压力传感器的研究

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波纹膜片式Fabry-Perot压力传感器的研究

作者：王明慧南京师范大学

学位级别：硕士

光纤压力传感器具有抗辐射、抗电磁干扰、灵敏度高、精度好、便于形成网络等优点,适合用于工程建设,石油钻井,大型变电设备等高辐射、高电磁干扰、高温高压等极端环境中。传感器的多功能、高灵敏度和批量生产能力已是工业安全和国防建... 详细信息

光纤压力传感器具有抗辐射、抗电磁干扰、灵敏度高、精度好、便于形成网络等优点,适合用于工程建设,石油钻井,大型变电设备等高辐射、高电磁干扰、高温高压等极端环境中。传感器的多功能、高灵敏度和批量生产能力已是工业安全和国防建设的迫切需求。本课题的研究工作是对现有的压力传感器技术的提高和补充,制作出能够满足科学研究和生产需求,有望解决传感器批量生产时遇到的问题,制作成本低,适用于强电磁干扰、易燃易爆等恶劣环境的压力传感器。设计并研制了波纹膜片式光纤法布里—珀罗压力传感器。详细阐述了传感器的结构设计和制作方式。采用耐腐蚀、耐高温的316L不锈钢作为波纹膜与法兰盘的制备材料,有效的降低了由于构成传感器的材料热膨胀系数不匹配而产生的热应力。运用Coventor Ware仿真软件对波纹膜片进行了力学结构的仿真从而对结构参数进行优化。传感器的设计巧妙地运用了光纤法兰盘,保证了光纤端面与敏感膜的平行,从而形成高质量的法布里—珀罗干涉腔。该结构也有利于初始腔长的稳定,减小了传感器误差。用基于傅里叶变换的相位法解调传感器,对其压力特性进行了详细的测试。实验结果表明,在0～0.1MPa的压力范围内,传感器线具有良好的稳定性和重复性,迟滞性误差为1.46%,线性度拟合度为99.61%,灵敏度达到了1.08μm/KPa,分辨率为0.000001/MPa。对制作的波纹膜片式法布里-珀罗压力传感器进行温度敏感性测试,并对引起传感器温度敏感的原因进行了分析,温度变化范围为在0～60℃,采用环氧树脂胶制作的传感器的腔长值改变了4.9711μm,温度敏感性为0.083μm/℃,温度漂移为8.543×10-4。

关键词：光纤压力传感 Fabry-Perot干涉测量波纹膜片 EFPI 压力传感器

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基于微型光谱仪的光纤压力高速解调技术

导航定位与授时 2017年第4期4卷 103-108页

作者：刘彦超申争光时兆峰苑景春柏楠北京自动化控制设备研究所

为解决高超声速飞行器中大气压力传感系统的多通道、高精度、强环境适应性等技术需求问题,具有耐高温、易组网、高灵敏度、抗电磁干扰等优点的光纤压力传感技术成为航空航天压力传感领域的重要研究方向。提出一种基于微型光谱仪的光纤... 详细信息

为解决高超声速飞行器中大气压力传感系统的多通道、高精度、强环境适应性等技术需求问题,具有耐高温、易组网、高灵敏度、抗电磁干扰等优点的光纤压力传感技术成为航空航天压力传感领域的重要研究方向。提出一种基于微型光谱仪的光纤压力高速解调技术,该技术采用基于体相位光栅和线阵光电探测器的微型光谱仪作为光谱探测单元、Actel公司的片上SoC电路系统作为智能信息处理单元,融合数字滤波、线性拟合、曲线寻峰、信号重构等数据处理算法,完成光纤压力传感器高速解调系统研制,并搭建压力检测实验平台。试验结果表明:系统的压力测量范围优于260kPa,测量精度接近0.1%F.S.,分辨率为10Pa,动态响应可达5kHz。

关键词： Fabry-Perot 光纤压力传感体相位光栅线阵光电探测光谱分析