FBG土压力传感器结构设计与理论计算

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FBG传感器应用及设计实例FBG（Fiber Bragg Grating）传感器是一种基于光纤布拉格光栅原理设计的光纤传感器。

光纤布拉格光栅是通过在光纤内部引入一定的折射率改变周期性的折射率变化结构，形成的一种反射光栅。

FBG传感器利用光纤布拉格光栅的特性，可以对环境中的温度、应变等物理量进行测量。

FBG传感器具有体积小、抗干扰能力强、测量范围广等优点，因此被广泛应用于各个领域。

以下是几个FBG传感器的应用及设计实例：1.建筑结构监测：FBG传感器可以用来监测建筑结构的应变情况。

通过将多个FBG传感器布置在建筑结构上，可以实时监测结构的应变情况，及时发现结构的变形、开裂等问题，提前采取修复措施，保证建筑结构的安全性。

2.油气管道监测：FBG传感器可以用来监测油气管道的变形和温度变化。

将FBG传感器安装在油气管道上，可以实时监测管道的应变和温度变化，及时发现管道的变形、破损等问题，避免事故的发生。

3.地下水监测：FBG传感器可以用来监测地下水位的变化。

将FBG传感器固定在井口或地下水管道中，通过测量光纤的折射率变化来判断地下水位的变化情况。

这对于地下水资源的合理利用和保护具有重要意义。

4.航天器结构监测：FBG传感器可以用来监测航天器的结构应变情况。

将FBG传感器布置在航天器的关键结构上，可以实时监测结构的应变情况，判断航天器的工作状态是否正常，及时发现结构的变形和疲劳损伤，提高航天器的运行安全性。

5.生物医学应用：FBG传感器可以用于生物医学领域中的温度、压力和拉伸等参数的测量。

例如，可以将FBG传感器固定在医用器械上，实时测量医用器械的温度和应变情况，确保医疗操作的安全性。

以上是几个FBG传感器的应用及设计实例。

随着光纤技术的不断发展，FBG传感器将在更多的领域发挥更大的作用，为人们的生活和工作带来更多便利和安全。

FBG传感器应变标定方法白生宝;肖迎春;黄博;刘国强【摘要】为了提高光纤光栅应变传感器测量精度,针对光纤光栅传感器工程应用情况,提出了一种光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,简称FBG)传感器应变特性标定方法.通过理论分析和实验标定了封装式光纤光栅应变传感器的灵敏度系数,对传感器理论与实验灵敏度系数误差进行了分析.实验结果表明,该方法简单、易行,用于光纤光栅传感器使用前的标定,可以提高基于光栅光栅传感器的测量精度和准确性.同时,该方法为光纤光栅传感器的工程推广应用奠定了基础.【期刊名称】《振动、测试与诊断》【年(卷),期】2016(036)002【总页数】4页(P321-324)【关键词】光纤布拉格光栅;标定;应变;灵敏度【作者】白生宝;肖迎春;黄博;刘国强【作者单位】中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安,710065;中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安,710065;中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安,710065;中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安,710065【正文语种】中文【中图分类】TN253;V214.3+2;TP211.6;TH86飞机结构健康监测技术是利用集成在结构中的先进传感器/驱动器网络，在线实时地获取与结构健康状况有关的信息(如应力、应变、温度及损伤等)，结合先进的信息处理方法和力学建模方法，提取结构特征参数，识别结构的状态和故障，从而实现对结构状态的连续监测[1-2]。

连续监测可以使飞机结构实施“视情维护”策略，因而可提高飞机安全性，同时可减少直接运营成本和直接维护成本。

光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating ，简称FBG)传感器利用反射波长对温度、应力、应变、压力等物理参数的敏感特性为基础，相对于传统传感器，FBG具有体积小、重量轻、可复用、抗电磁干扰、抗腐蚀、可埋入复合材料结构中等优点，因而FBG传感器被认为是航空航天结构健康监测中最有前途的传感器之一[3]。

第35卷，增刊红外与激光工程2006年10月、r01．35Suppl eI m nt I Il f hred锄d L舶er E n酉n∞ri ng oc t．2006聚合物封装FB G侧向压力敏感机理的研究李晓红，戴恩光(北京大学信息科学技术学院，北京100871)擅要：目前大多数关于FB G压力敏感的研究都基于轴向压力，而关于FB G侧向压力敏感的研究却很少，加强侧向压力传感器的研究很有必要。

关键词：光传感；压力敏感；聚合物中图分类号：r I P212．14文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增E．0209-04Sens i t i V e m ec ha ni sm of t he6ber g咫t i ng under l at er al pr es su阳U)(i a0一hong，D m En-guang(Sch∞l of勘∞咖i cD I gi眦c f i ng锄d c伽哪n盯sci即∞，Pc妪ng uni w f si劬B询i略l∞87l。

al i玎匾)A bst r act：M ost r esearch a．b out nl e sensi t i vi t)，of f i be r B豫gg gr a t i I l g p他s s ure s e n s or a r e i n t l le di r ect i on of axi a l and not i n t lle l at e r al di r ect i on．H ow ever，t he m et hod of f i be r s e n s or bas ed upon t l le l at e r al pr es s u r e is of pr∞t i ca l us age．T l l i s paper w i l l pr oV i de exper i m ent al锄d t l l e or et i cal r es ear ch o n t ll e m at t er．K ey w oH l s：Fi b cr s ens or；L at er al pr es s u r e s ens i t i V i哆；f'ol ym erO引言目前关于光纤光栅FB G压力敏感的研究大多都是基于轴向压力的，这是由于轴向的应变使FB G反射谱的中心波长发生线性漂移，且不产生明显的反射谱展宽或者反射峰的分裂Ⅲ。

土压力的计算理论一、静止土压力、主动土压力与被动土压力的概念1、静止土压力当建筑在坚实地基上的挡土墙具有足够大的断面，墙在墙后土体的推力作用下，不产生任何位移和变形，即挡土墙绝对不动时，墙后土体因墙背的作用而牌弹性平衡状态。

此时，作用于墙背上的土压力就是静止土压力。

2、主动土压力当挡土墙在土压力作用下产生向着离开填土方向的移动或绕墙根的转动时，墙后土体因侧面所受限制的放松而有下滑趋势。

为阻止其下滑，土内潜在滑动面上剪应力(向上)增加，从而使作用在墙背上的土压力减小。

当墙的移动或转动达到某一数量时，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到主动极限平衡状态，这时作用在墙上的土推力达到最小值，称为主动土压力E。

a注：关于主动土压力“最小、最大”问题。

在主动土压力的概念中，当墙的移动或转动达到某一数量时，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，当墙后土体达到主动极限平衡状态时，墙后土体的抗剪强度已充分发挥，作用在墙上的土推力达到最小值，这个最小值称为主动土压力(最小值只是一个概念、一个土压力变化过程的最小，而不是指具体数值，是相对静止土压力、被动土压力而言)；为了求这个主动土压力的大小，需要求得墙后土体的最危险破裂面的方向，即需求在墙后所有有可能的破裂面中，有可能产生的对挡土墙压力最大的一组破裂面，这时所需求的最大土压力指的是数值，需要求在所有可能的斜面中所可能产生的最大土压力的破裂面的方位，而这个最大土压力的值即为主动土压力的值(这里的最大指的是数值，主动土压力的数值)。

3、被动土压力当墙在外力作用下产生向着填土方向移动或转动时(例如拱桥桥台)，墙后土体受到挤压，有上滑趋势。

为阻止其上滑，土内剪应力反向增加，使得作用在墙背上的土压力加大。

直到墙的移动量足够大时，滑动面上的剪应力(向下)又等于土的抗剪强度，墙后土体达到被动极限平衡状态，土体发生向上滑动，这时作用在墙上的土抗力达到最大值，称为被动土压力p E 。

光纤压力、温度传感器【摘要】本文介绍了光纤传感器在油井开采中国内外的国内外的发展状况。

重点介绍了大连理工大学研制的基于光纤F-P腔的光纤压力/温度传感器的原理、技术及各项技术指标，该传感器目前已达到了国际先进和国内领先水平。

尤其是该传感器经过国内多家油井的使用已经达到可以产业化的阶段。

【关键词】传感器；油田测量一、国内外发展状况传感器技术是信息时代最为重要的标志性技术之一，是信息社会的重要技术基础，它与信息通信技术、计算机技术共同构成了当今信息产业的三大技术支柱，已经成为一个国家科学技术发展水平的重要标志。

光纤传感器技术是伴随着低损耗光纤的诞生和光纤通信技术的迅猛发展而逐步发展起来的，光纤传感器技术的研究和发展迄今已有近三十年的历史，目前它已经成为传感器技术中的一个重要分支。

光纤传感器以光波作为信息载体，以光纤作为信息的传输介质，对被测参量进行传感测量。

由于光纤传感器与传统的电子学传感器在信息载体、传输介质上的差别，决定了光纤传感器具有传统电子学传感器无法比拟的特点：1.光纤传感器是无源器件，电绝缘性好，抗电磁干扰同时又不产生电磁干扰，耐高压，耐腐蚀，在易燃易爆等恶劣环境下使用安全可靠；2.光纤传感器质量轻，光纤极细，适合于在对传感器质量要求较高的场合使用；3.光纤传感器可以串/并联复用，更重要的是还可以进行分布式传感测量，容易形成传感器网络或者阵列；4.光纤传感器可以埋入复合材料或结构中来实现材料、结构内部应变分布的实时监测，即制成光纤智能材料和结构；5.光纤传输光波损耗小，可以不受任何电磁干扰地实现远距离测量和控制。

光纤传感器由于具有传统电子学传感器所不具有的优点，自上个世纪七十年代美国海军研究所（NRL）开始执行光纤传感器系统（FOSS）计划以来，得到了世界上很多国家的特别重视，已经在全世界范围内取得重大发展。

我国大部分油气田开发生产目前正面临诸多方面的挑战，例如，如何降低复杂地质结构油气田的开发成本；如何提高油田边缘油井开采的经济性；如何提高再开采效率（在地下遗留更少的油）和降低开发运营成本；如何减小产量下降的速度，以及避免油气生产中断的危险和损失和减小环境和安全方面的事故等。

FBG可变灵敏度压力传感器设计李凯;赵振刚;李英娜;蔡陈;彭庆军;李川【摘要】为了实现对压力的多灵敏度状态下监测，设计了一种利用光纤Bragg光栅（ FBG）的可变灵敏度压力传感探头。

将裸光栅固定在薄膜片中心与下部外壳之间，传感器探头表面的压力通过薄膜片传递给裸光栅，并可通过灵敏度变换阀改变膜片大小从而改变传感器的灵敏度。

对薄膜片进行有限元仿真优化计算，得到其变形特性。

薄膜片厚1 mm，工作半径分别调节为10，9，8 cm状态下，最大变形出现在膜片中心区域，在0.1 MPa的表面压力作用下，膜片中心处变形分别为3.875，2.561，1.579 mm，裸光栅固定后，对应的灵敏度分别为：38.44，25.62，15.79 mm/ MPa，实现灵敏度变换。

%In order to achieve pressure surveillance in multi-sensitivity state,a kind of variable sensitivity pressure sensing probe is designed using fiber Bragg grating( FBG). Bare grating is fixed between center of thin film sheet and the lower housing. Pressure from surface of sensor probe is transmitted through film sheet to bare grating,and the size of the film sheet is changed by sensitivity switching valve so as to change sensitivity of sensor. Finite element simulation optimization calculation on film sheet is carried out,results in its deformation characteristics. Thickness of the film sheet is 1mm,and working radius is adjusted to 10 cm,9 cm and 8 cm,the maximum deformation occurs at the center of the film sheet under the 0. 1 MPa surface pressure,and the deformation at the center of the film sheet is 3. 875 mm,2. 561 mm and 1. 579 mm. After the bare grating is fixed,corresponding sensitivities are 38. 44 mm/MPa,25. 62 mm/Mpa and 15. 79 mm / MPa,so sensitivity transformation is achieved.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)006【总页数】3页(P69-71)【关键词】压力;有限元;光纤Bragg光栅;薄膜片;可变灵敏度【作者】李凯;赵振刚;李英娜;蔡陈;彭庆军;李川【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500; 云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南昆明650217;昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500;云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南昆明650217;昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TH741由于光纤Bragg光栅（FBG）压力传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、易于分布式监测且实现不带电监测等优点，广泛应用于石油化工及电力行业，实现非电监测［1，2］。