Als Reaktion auf die technischen Anforderungen an die hochpräzise Echtzeitüberwachung des Wasserspiegels schlägt diese Studie innovativ eine Methode zur Messung des Wasserdrucks basierend auf einer Push-Pull-Faser-Bragg-Gitter-Struktur (Fiber Bragg Grating, FBG) vor. Durch die Konstruktion einer zusammengesetzten Sensoreinheit aus einer runden elastischen Membran, einer Kraftübertragungsstange, einem Schlitten und zwei doppelten FBG wird eine effiziente Umwandlung von Druck in optisches Signal realisiert. Zunächst wurde basierend auf der Elastizitätstheorie und der Finite-Elemente-Analyse ein lineares Antwortmodell zwischen der Wellenlängenverschiebung des Push-Pull-Doppel-FBG-Sensorsystems und dem Druck erstellt. Anschließend zeigte der Sensor nach Systemtests eine Druckempfindlichkeit von 1820,05 pm/MPa im Messbereich von 0 bis 2 MPa, mit Linearität und Reproduzierbarkeit von 0,69 % bzw. 0,557 %, einer Ansprechzeit von 0,55 s, und weist eine hohe Druckempfindlichkeit, gute Stabilität, schnelle Ansprechgeschwindigkeit und sehr geringe Kriechrate auf. Besonders hervorzuheben ist die niedrige Temperatur-Duplex-Empfindlichkeit von nur 0,0006 pm/℃, welche eine erfolgreiche Temperatur Selbstkompensation ermöglicht. Die Studie zeigt, dass dieses Design durch die Push-Pull-Struktur Umwelteinflüsse der Temperatur effektiv unterdrückt und den traditionellen Kompromiss zwischen Empfindlichkeit und Messbereich durchbricht, während es vollständig passive Faseroptik-Eigenschaften und verteilte Netzwerkfähigkeiten besitzt. Die Ergebnisse bieten eine neue Lösung für maritime Umweltüberwachungsgeräte mit ausgezeichneter Störfestigkeit und technischer Anwendbarkeit und markieren wichtige Anwendungsperspektiven im Bereich der Echtzeitüberwachung des Wasserdrucks in der Tiefsee.

Wasserdrucksensor;Faser-Bragg-Gitter;Push-Pull;Druckansprechverhalten;Temperaturunempfindlichkeit