变截面悬臂梁式光纤布拉格光栅压力传感器设计研究

作     者：潘越 宋佳佳 王智冲 孙春勇 甘川 Pan Yue;Song Jiajia;Wang Zhichong;Sun Chunyong;Gan Chuan

作者机构：河北工程大学机械与装备工程学院河北邯郸056038 

出 版 物：《激光与光电子学进展》 (Laser & Optoelectronics Progress)

年 卷 期：2022年第59卷第1期

页      码：142-151页

摘      要：为满足煤矿井下复杂环境中围岩应力测量的实际需要,设计了一种变截面悬臂梁结构的光纤光栅压力传感器,并与等截面悬臂梁结构进行了对比。对其压力与光纤光栅漂移量的关系进行了推导;通过有限元方法分析了不同截面悬臂梁影响灵敏度大小的情况,确定了悬臂梁的尺寸;在此基础上应用数值分析和有限元分析探究了不同结构和材料参数对两种悬臂梁结构灵敏度的影响,同时与类似结构进行了对比分析。研究结果表明:设计时应选用固定端厚度相对较小、自由端厚度相对较大的变截面梁,最终选定的变截面悬臂梁厚度为固定端0.5 mm、自由端2 mm,传感器的压力灵敏度可达893.45 pm/MPa,是裸光纤光栅的294倍。在改变结构及材料参数后,变截面悬臂梁结构的压力灵敏度依然优于等截面悬臂梁,验证了传感器结构的合理性,能够满足煤矿巷道监测所需,并且在量程范围内具有良好的线性。

主 题 词：光纤光学与光通信 压力传感器 变截面悬臂梁 围岩监测 灵敏度 

学科分类：0808[工学-自动化类] 080901[080901] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 080401[080401] 0804[工学-材料学] 0803[工学-仪器类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/LOP202259.0106006

馆 藏 号：203107658...