基于差压原理的矿用光纤光栅风速传感器

李振; 王纪强; 赵林; 张华文; 刘统玉

doi:10.3788/IRLA201847.0422002

基于差压原理的矿用光纤光栅风速传感器

doi: 10.3788/IRLA201847.0422002

李振^1,2,
王纪强^1,2, ,,
赵林^1,2,
张华文³,
刘统玉^1,2

1.
山东省光纤传感技术重点实验室,山东济南 250103;
2.
山东省科学院激光研究所,山东济南 250103;
3.
山东省计量科学研究院,山东济南 250014

基金项目:

山东省科技发展计划（2014GZX201016）

详细信息

作者简介:
李振(1989-),男,助理研究员,硕士,主要从事光纤传感器设计方面的研究。Email:zhen.li@sdlaser.cn

通讯作者: 王纪强(1980-),男,副研究员,博士生,主要从事光纤传感技术在矿山安全、油气储运等领域的应用研究。Email:jiqiang.wang@sdlaser.cn

中图分类号: TN253

Mine wind speed sensor using fiber Bragg grating based on differential pressure principle

Li Zhen^1,2,
Wang Jiqiang^{1,2
, ,},
Zhao Lin^1,2,
Zhang Huawen³,
Liu Tongyu^1,2

1.
Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technology of Shandong Province,Jinan 250103,China;
2.
Laser Research Institute of Shandong Academy of Sciences,Jinan 250103,China;
3.
Shandong Research Institute of Metrology,Jinan 250014,China

摘要: 设计了一种新型的矿用光纤光栅风速传感器，利用差压原理实现风速转化，由波纹管、等强度悬臂梁和双光纤光栅组成差分敏感机构，并通过算法进一步进行温度补偿，有效克服了温度交叉敏感问题，提高了应变测量的灵敏度。文中推导了光纤光栅中心波长变化量与风速的关系，同时对敏感机构进行了水压模拟试验，得到传感器敏感机构的灵敏度为0.703 pm/Pa，与理论值具有很好的吻合度；对风速传感器样机进行风洞试验测试，结果表明风速在0.2~20 m/s的情况下，传感器测量误差可基本控制在0.3 m/s以内，并具有良好的线性关系。
- 风速传感 /
- 差压原理 /
- 光纤光栅 /
- 差分敏感机构
Abstract: A design of mine wind speed sensor using fiber Bragg grating (FBG) was reported, which was based on differential pressure principle and differential sensitive architecture was adopted which was composed of a bellows, an equal-strength beam and two FBGs. Furthermore, an algorithm was introduced for temperature compensation. Through these methods the cross sensitivity of temperature was effectively eliminated and a high strain sensitivity was achieved. The relation between the central wavelength variation of the two FBGs and the wind speed was derived. Meanwhile, the hydraulic simulation test of sensitive architecture was carried out and the sensitivity of 0.703 pm/Pa was given, which agreed well with the theoretical value. The wind speed sensor was tested by wind tunnel and the results show that the measurement error of the sensor is within 0.3 m/s in the range of 0.2-20 m/s, and the wind speed sensor has good linearity.
- wind speed sensing /
- differential pressure principle /
- fiber Bragg grating differential sensitive architecture /

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基于差压原理的矿用光纤光栅风速传感器

doi: 10.3788/IRLA201847.0422002

作者简介:
李振(1989-),男,助理研究员,硕士,主要从事光纤传感器设计方面的研究。Email:zhen.li@sdlaser.cn

通讯作者: 王纪强(1980-),男,副研究员,博士生,主要从事光纤传感技术在矿山安全、油气储运等领域的应用研究。Email:jiqiang.wang@sdlaser.cn

Mine wind speed sensor using fiber Bragg grating based on differential pressure principle

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基于差压原理的矿用光纤光栅风速传感器

doi: 10.3788/IRLA201847.0422002

1. 山东省光纤传感技术重点实验室,山东济南 250103;

2. 山东省科学院激光研究所,山东济南 250103;

3. 山东省计量科学研究院,山东济南 250014

作者简介:
李振(1989-),男,助理研究员,硕士,主要从事光纤传感器设计方面的研究。Email:zhen.li@sdlaser.cn

通讯作者: 王纪强(1980-),男,副研究员,博士生,主要从事光纤传感技术在矿山安全、油气储运等领域的应用研究。Email:jiqiang.wang@sdlaser.cn

English Abstract

Mine wind speed sensor using fiber Bragg grating based on differential pressure principle

1. Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technology of Shandong Province,Jinan 250103,China;

2. Laser Research Institute of Shandong Academy of Sciences,Jinan 250103,China;

3. Shandong Research Institute of Metrology,Jinan 250014,China

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doi: 10.3788/IRLA201847.0422002

作者简介: 李振(1989-),男,助理研究员,硕士,主要从事光纤传感器设计方面的研究。Email:zhen.li@sdlaser.cn

通讯作者: 王纪强(1980-),男,副研究员,博士生,主要从事光纤传感技术在矿山安全、油气储运等领域的应用研究。Email:jiqiang.wang@sdlaser.cn

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基于差压原理的矿用光纤光栅风速传感器

doi: 10.3788/IRLA201847.0422002

1. 山东省光纤传感技术重点实验室,山东 济南 250103; 2. 山东省科学院激光研究所,山东 济南 250103; 3. 山东省计量科学研究院,山东 济南 250014

作者简介: 李振(1989-),男,助理研究员,硕士,主要从事光纤传感器设计方面的研究。Email:zhen.li@sdlaser.cn

通讯作者: 王纪强(1980-),男,副研究员,博士生,主要从事光纤传感技术在矿山安全、油气储运等领域的应用研究。Email:jiqiang.wang@sdlaser.cn

English Abstract

Mine wind speed sensor using fiber Bragg grating based on differential pressure principle

1. Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technology of Shandong Province,Jinan 250103,China; 2. Laser Research Institute of Shandong Academy of Sciences,Jinan 250103,China; 3. Shandong Research Institute of Metrology,Jinan 250014,China

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李振(1989-),男,助理研究员,硕士,主要从事光纤传感器设计方面的研究。Email:zhen.li@sdlaser.cn

1. 山东省光纤传感技术重点实验室,山东济南 250103;

2. 山东省科学院激光研究所,山东济南 250103;

3. 山东省计量科学研究院,山东济南 250014

作者简介:
李振(1989-),男,助理研究员,硕士,主要从事光纤传感器设计方面的研究。Email:zhen.li@sdlaser.cn

1. Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technology of Shandong Province,Jinan 250103,China;

2. Laser Research Institute of Shandong Academy of Sciences,Jinan 250103,China;

3. Shandong Research Institute of Metrology,Jinan 250014,China