论文部分内容阅读
在航空推进系统中,发动机燃烧的不稳定性引起的压力和温度变化一直是测试人员和研究学者关注的重点。常用的温度和压力传感器在这种复杂环境条件下经常出现工作失效或者损坏现象。近年来,由于光纤测试技术自身的许多基本优势,光纤传感器被许多研究人员认为是复杂环境下获取测量数据的最佳解决方案。本文以航空发动机推进系统状态监测需求为应用背景,通过对非本征法布里珀罗干涉仪(EFPI)和光纤布拉格光栅(FBG)传感原理的深入研究,分析了多参数传感单元受外界变化的传感机理,设计并研制了可同时测量压力和温度变化的复合结构光纤传感器,并对该传感器样品进行了性能测试。主要完成了以下工作:首先,对光纤压力和温度传感器的研究进展情况进行了调查研究,梳理总结了目前研究阶段中不同压力和温度传感结构需要解决的问题,针对问题提出了本课题光纤传感器结构设计的目标选型,即EFPI与FBG复合结构设计。结合目标研究方向,对EFPI结构实现压力传感的基本原理进行了分析,通过数值仿真结果,得到了敏感膜片的材料及尺寸对压力传感的影响规律。在基本原理分析的基础上,研究了EFPI和FBG复合结构的传感机理,推导得出了压力、温度复合传感信号的表达形式,通过数值仿真得到了复合传感信号光谱形貌,为后续实验数据的解调处理提供了参考依据。针对两种传感结构的信号特点,研究讨论了法布里珀罗腔腔长和布拉格光栅中心波长不同解调算法的优势缺点,提出了叠加传感信号的解调处理实现途径。在理论及仿真研究的基础上,提出了光纤传感器总体方案及大尺寸压力敏感膜片方案,设计了EFPI和FBG复合传感单元组合结构,以及传感器整体封装方式及步骤。按照设计方案,通过微机电(MEMS)加工和键合技术制作完成了光纤温压传感器样品。为验证传感器实际性能,搭建了一套传感器测试系统,分别对传感器在恒温变压、恒压变温条件下进行了重复测试,给出了光纤传感器样品测试结果。实验结果显示,在0～0.8MPa的压力范围下,传感器样品的压力灵敏度达到-0.727μm/MPa;在50～200℃的温度范围下,传感器样品的温度灵敏度为9.05pm/℃。在压力和温度重复测试中,测量结果呈现了良好的线性度和重复性。