用于油气管道的FBG温度压力区分测量传感器

发布时间：2024-04-02 21:34

　　为了实现油气管道压力和环境温度的精确测量,提出了一种基于C形弹簧管和悬臂梁结合的光纤光栅压力和温度区分测量的传感器结构。悬臂梁由一个矩形梁和三角形梁组成,C形管的自由端与三角形梁的自由端紧密连接。FBG1和FBG2沿轴线方向分别粘贴在矩形梁和三角形梁的下底面。FBG1只感应环境温度变化,FBG2同时感应环境温度和油压变化。理论分析了FBG1和FBG2的峰值波长与温度和压力之间的关系。实验测得传感器压力响应灵敏度系数为0. 2274 nm/MPa,温度响应灵敏度系数为0. 0306 nm/℃,压力和温度响应灵敏度系数分别为裸光纤光栅的72倍和3倍。在油气管道压力(0～10 MPa)、环境温度(100℃以内)可获得压力精度为0. 005 MPa、温度精度为0. 04℃。

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【部分图文】：

图1FBG传感原理结构

光纤光栅传感原理如图1所示，光纤光栅通过紫外曝光的方法改变光纤纤芯的折射率进而使其折射率产生周期性变化。根据模式耦合理论，当宽带光源发出的光在光纤光栅中传播时，满足布拉格条件的光波将会被反射，其他波长的光波将会沿着光纤继续传播，即反射特定的波长的光，其反射中心波长λB可由式(1)....

图2设计的传感器

式中αsub1和αsub2分别为粘贴光栅FBG1和FBG2的矩形悬臂梁和三角形悬臂梁的热膨胀系数。η为光纤光栅与基底材料的粘贴的应变传递系数。由式(7)、式(9)得到FBG1的波长变化与温度成线性关系，FBG2的波长变化与温度和油C形管内压力成线性关系。通过分别测量FBG1....

图3传感器温度响应曲线

将矩形梁和三角形梁放置在传感器封装平台上，FBG1,2放置在两个梁的中轴线位置，利用拉力计给两个光栅施加一定的预应力并利用光纤光栅解调仪(型号:SM125，分辨率:1pm)监测波长变化，用353ND环氧树脂胶均匀涂覆FBG1、FBG2后并放入温箱(型号:DHG-9248....

图4压力校准系统照片

该系统由活塞式加压装置、传压装置、标准压力表、光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪和笔记本电脑组成。光纤光栅传感器和标准指针式压力表通过标准螺口安装在传压装置中，标准压力表量程为0～10MPa，精度为0.25级。光纤光栅解调仪用来测量不同压力下FBG1和FBG2的反射波长，波长的变化....

本文编号：3946238