光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

刘均+李雨泽

摘要：

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating，FBG）传感检测技术与靶式流量计原理，针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题，设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件，对温度起到了补偿作用，并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明，该流量传感器的线性误差为0.31%。

关键词：

光纤Bragg光栅； 靶式流量计； 温度补偿； 传感器

中图分类号： TP 212文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2016.04.016

Abstract：

Based on industrial fluid flow measurement technology，fiber Bragg grating（FBG） sensing technology and target type flowmeter for overcoming a single fiber Bragg grating sensing system for temperature sensitive issue cross，we design and produce a fiber Bragg grating based on dual-fiber Bragg grating sensor flow control.The sensor uses the target disk structure as force element for temperature compensation，and effectively improves the strain measurement sensitivity.Experimental results show that the flow sensor linearity error is 0.31%.

Keywords： fiber Bragg grating； target flowmeter； temperature compensation； sensor

引言

随着光纤光栅写入技术的不断完善，应用成果日益增多，光纤光栅已成为目前最有发展前途、最具有代表性的光纤无源器件之一。在光纤传感方面，光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating，FBG）为光纤传感技术开辟了一个新的应用领域，采用适当的封装技术可以实现温度、震动、压力、应变、电压、位移、加速度、电流、磁场、浓度等多种参量的测量[1]。光纤传感器具有质量轻、体积小、无源操作、功耗小、抗电磁干扰强、灵敏度高、带宽宽和环境耐受力强等优点。在多种参量同时测量时具有明显优势，因此可以在易燃易爆环境中进行流量检测。FBG的传感器具有非常广阔的应用前景，本文采用了两根FBG与悬臂梁结合为一体的设计方式，实现了一种由两个FBG传感器组成的流量传感系统。

1光纤光栅原理

FBG在紫外光照射下，光纤的折射率会产生变化，在纤芯上形成周期性的折射率分布，从而可以对入射光中相位匹配的频率产生相干反射，且形成中心反射峰[2-4]。……