CC BY
6ВКВО-2023 СТЕНДОВЫЕ
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТОВОЛОКОННОГО СИЛЬФОННОГО ДАТЧИКА
ДАВЛЕНИЯ
Попов Е.С. 1, Гончаров М.М. 1, Трефилов И.А. 1, Юрина А.Д. 1
1 Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь E-mail: yevgeniy.popov. 0101@mail.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-470-470
Оптоволокно оный сильфонный датчик давления состоит из цилиндрического корпуса, внутрь которого устанавливается три цилиндрических блока, соединенных двумя одинаковыми сильфонами, играющими роль чувствительных к давлению элементов (рис. 1). При этом два крайних блока (А, В) жестко фиксируются на корпусе, а третий (Б) свободно двигается вдоль центральной оси датчика [1]. Измерение разности внутреннего и внешнего давлений осуществляется за счёт сообщения с внешней средой полости одного из блоков с помощью отверстия в блоке А. В этом случае перепад давления среды приводит к растяжению первого сильфона и сжатию второго. Вместе с этим происходит деформация закреплённого на поверхности блоков оптического волокна, внутри которого записаны две волоконные брегговские решетки [2]. Вызванное смещением сильфонов удлинение участка ВБР 1 и сжатие участка ВБР 2 приводит к изменению опорных длин волн обоих ВБР. Детектирование этих изменений позволяет восстановить значение перепада давления. При этом использование двух ВБР позволяет добиться термокомпенсации [3].
Рис. 1. Общий вид оптоволоконного сильфонного датчика давления: 1- сильфоны, 2- компенсирующая перемычки, 3- площадки для крепления оптоволокна, 4- оптоволокно с брегговскими решетками, А, В- неподвижные блоки, Б- подвижный блок
Чувствительность датчика от геометрических параметров компенсирующих перемычек получена методом конечных элементов с помощью COMSOL Multyphysics. На основе этого получены конфигурации перемычек, каждой из которых соответствовал диапазон предельных давлений. Внутри каждого из этих диапазонов удавалось обеспечить необходимую одинаковую чувствительность варьируя при этом длину свободного волокна.
Литература
1. Yang W.L. et al. Research on dual bellows FBG pressure sensor //Applied Mechanics and Materials. - Trans Tech Publications Ltd, 2013. - Т. 336. - С. 239-243.
2. Song D. et al. High-sensitivity fiber Bragg grating pressure sensor using metal bellows //Optical Engineering. -2009. - Т. 48. - №. 3. - С. 034403-034403-3.
3. Pachava V.R. et al. FBG based high sensitive pressure sensor and its low-cost interrogation system with enhanced resolution //Photonic Sensors. - 2015. - Т. 5. - С. 321-329.
470 №6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
