Atendendo às exigências técnicas para monitoramento em tempo real do nível de água com alta precisão, este estudo propõe de forma inovadora um método de sensor de pressão de água baseado na estrutura push-pull de redes de Bragg de fibra óptica (Fiber Bragg Grating, FBG). Por meio da construção de uma unidade de sensor composta por uma membrana elástica circular, haste transmissora de força, deslizador e duplo FBG, realiza-se uma conversão eficiente de pressão para sinal óptico. Primeiramente, com base na teoria da elasticidade e análise por elementos finitos, foi estabelecido um modelo de resposta linear entre o deslocamento do comprimento de onda do sistema sensor push-pull duplo FBG e a pressão. Em seguida, validado por experimentos de sistema, este sensor demonstrou 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. Destaca-se especialmente sua baixa sensitividade cruzada à temperatura de apenas 0,0006 pm/℃, conseguindo com sucesso a função de auto compensação de temperatura. O estudo mostra que este projeto suprime efetivamente a interferência da temperatura ambiente por meio da estrutura push-pull, superando o compromisso tradicional entre sensibilidade e faixa do sensor, além de possuir características totalmente passivas de fibra óptica e capacidades de rede distribuída. Os resultados fornecem uma nova solução para equipamentos de monitoramento ambiental marinho, com excelente resistência a interferências e aplicabilidade engenheira, marcando perspectivas importantes de aplicação no campo de monitoramento em tempo real da pressão da água em águas profundas.
关键词
sensor de pressão de água;rede de Bragg de fibra óptica;push-pull;características de resposta à pressão;insensibilidade à temperatura