液位-液压-温度同时检测光纤隔膜传感器
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TH89

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国家自然科学基金面上项目(52176178)、重庆市高校创新研究群体项目(CXQT21035)、重庆市自然科学基金创新发展联合基金(CSTB2022NSCQ-LZX0059)、重庆理工大学研究生创新项目(gzlcx20222032)资助


Fiber-optic diaphragm sensor for simultaneous detection of liquid-level-hydraulic-temperature
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    摘要:

    为了实现液位液压及温度三参数同时准确检测,本文首先采用光纤 Bragg 光栅( FBG) 、弹性隔膜、微腔、FBG 固定板 及导气管构建了光纤隔膜传感器,搭建了测量系统。 其次,建立了传感器测量理论模型,实验研究了传感器对液位、液压及 温度的响应特性。 最后,为了研究传感器对外界环境变化的抗干扰能力,实验研究了温度、倾角和液位动态变化速率对液位 及液压测量结果产生的影响。 研究结果表明:当液位变化速率为 10 ~ 100 cm / min、传感器倾斜角度在-30° ~ 30°范围、温度在 20℃ ~ 60℃ 范围时,传感器输出信号与液位 0 ~ 220 cm 及液压 0 ~ 22 kPa 间具有线性关系,液位及液压测量结果不受液位变 化速率、传 感 器 倾 角 及 温 度 变 化 的 影 响; 传 感 器 液 位、 液 压 及 温 度 灵 敏 度 分 别 为 35. 16 pm / cm、 359. 46 pm / kPa 和 10. 07 pm / ℃ ,最大相对误差为 5. 6% 。

    Abstract:

    To accurately detect liquid level and pressure, a fiber optic diaphragm sensor and the measurement system are firstly prepared in this article. The sensor consists of fiber Bragg grating ( FBG), elastic diaphragm, microcavity, FBG fixture and silica gel tube. Secondly, the theoretical model of the sensor to detect the liquid level and pressure is formulated, and the response characteristics of the sensor to the liquid level, pressure and temperature are experimentally studied. Finally, to study the anti-interference ability of the sensor to changes in the external environment, the effects of temperature, inclination angle and liquid level velocity on the measurement results of the sensor are experimentally studied. Results show that when the liquid level velocity is in the range of 10~ 100 cm/ min, the sensor′s inclination angle is in the range of - 30° ~ 30°, and the tested liquid temperature is in the range of 20 ~ 60℃ . A linear relationship between the sensor output and liquid level 0~ 220 cm and pressure 0 ~ 22 kPa is obtained. The measurement results of the sensor are not affected by liquid velocity, sensor′s inclination angle, and temperature change. The liquid level, pressure and temperature sensitivity of the sensor reach 35. 16 pm/ cm, 359. 46 pm/ kPa and 10. 07 pm/ ℃ , respectively. The maximum relative error is 5. 6% .

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

姚建南,刘志成,钟年丙,何雪丰,张天恒.液位-液压-温度同时检测光纤隔膜传感器[J].仪器仪表学报,2023,44(2):146-153

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  • 在线发布日期: 2023-07-07
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