Étude du capteur de pression d'eau à réseau de fibre optique push-pull à haute sensibilité

HONG Bocheng ,  

WU Chongjian ,  

YU Miao ,  

CHANG Tianying ,  

JIANG Haiming ,  

CUI Hongliang ,  

摘要

Répondant aux besoins techniques de la surveillance en temps réel du niveau d'eau avec une haute précision, cette étude propose de manière innovante une méthode de détection de la pression de l'eau basée sur une structure de réseau de Bragg à fibre optique en push-pull (Fiber Bragg Grating, FBG). En construisant une unité de détection composite à l'aide d'une membrane élastique circulaire, une tige de transmission de force, un coulisseau et deux FBG doubles, une conversion efficace de la pression au signal optique est réalisée. Tout d'abord, en se basant sur la théorie de l'élasticité et une analyse par éléments finis, un modèle de réponse linéaire entre le décalage de longueur d'onde du système de détection push-pull à double FBG et la pression a été établi. Ensuite, validé par des expériences système, ce capteur montre une sensibilité à la pression de 1820,05 pm/MPa dans une gamme de 0 à 2 MPa, avec une linéarité et une répétabilité respectivement de 0,69 % et 0,557 %, un temps de réponse de 0,55 s, présentant une sensibilité élevée à la pression, une bonne stabilité, une vitesse de réponse rapide et une caractéristique de fluage très faible. Particulièrement remarquable est la faible sensibilité croisée à la température de seulement 0,0006 pm/℃, assurant une fonction d'auto-compensation de la température. L'étude montre que ce design inhibe efficacement les interférences de la température ambiante grâce à la structure push-pull, dépassant le compromis traditionnel entre sensibilité et plage des capteurs, tout en conservant les caractéristiques d'une fibre optique entièrement passive et les capacités de mise en réseau distribuée. Les résultats fournissent une nouvelle solution pour les équipements de surveillance de l'environnement marin, avec une excellente capacité anti-interférence et une bonne applicabilité technique, marquant un fort potentiel d'application dans le domaine de la surveillance en temps réel de la pression de l'eau en mer profonde.

关键词

capteur de pression d'eau;réseau de Bragg à fibre optique;push-pull;caractéristiques de réponse à la pression;insensibilité à la température

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