Estudo de sensor de pressão de água de alta sensibilidade baseado em grade de fibra óptica push-pull

HONG Bocheng ,  

WU Chongjian ,  

YU Miao ,  

CHANG Tianying ,  

JIANG Haiming ,  

CUI Hongliang ,  

摘要

Atendendo às demandas técnicas para monitoramento em tempo real e alta precisão do nível da água, este estudo propõe de forma inovadora um método de sensor de pressão baseado na estrutura push-pull da grade de Bragg em fibra óptica (Fiber Bragg Grating, FBG). Por meio de uma membrana elástica circular, haste de transmissão de força, deslizador e dupla FBG, foi construída uma unidade sensor composta que realiza a conversão eficiente entre pressão e sinal óptico. Primeiro, com base na teoria da elasticidade e na análise de elementos finitos, foi estabelecido um modelo de resposta linear entre o deslocamento de comprimento de onda do sistema push-pull com duplo FBG e a pressão. Em seguida, validado por experimentos sistemáticos, este sensor apresentou sensibilidade à pressão de 1820,05 pm/MPa na faixa de 0 a 2 MPa, linearidade e repetibilidade de 0,69% e 0,557%, respectivamente, tempo de resposta de 0,55 s, apresentando alta sensibilidade à pressão, boa estabilidade, resposta rápida e características de fluência muito baixas. É particularmente notável que sua sensibilidade cruzada à temperatura seja tão baixa quanto 0,0006 pm/℃, realizando com sucesso a função de auto compensação de temperatura. O estudo mostra que o design suprime efetivamente a interferência da temperatura ambiente por meio da estrutura push-pull, superando o tradicional compromisso entre sensibilidade do sensor e faixa de medição, ao mesmo tempo em que mantém as características passivas totalmente ópticas e a capacidade de rede distribuída. Os resultados fornecem novas soluções para equipamentos de monitoramento do ambiente marinho, destacando a importante perspectiva de aplicação no monitoramento em tempo real da pressão da água em águas profundas, graças à sua excelente resistência a interferências e aplicabilidade técnica.

关键词

sensor de pressão de água;grade de Bragg em fibra óptica;push-pull;características de resposta à pressão;insu sensibilidade à temperatura

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