一
研究背景
煤矿生产作业过程中可能会存在高温、高压等，不合理的压力变化可能导致爆炸、火灾等严重事故。通过对压力进行实时监测，能够提前发现异常情况，提供及时的预警，有助于预防事故，减少风险。严峻的形势对压力传感器提出了高精度、大量程的要求。针对现有光纤压力传感器压力监测范围小、灵敏度低、成本高的问题，设计了一种改进型光纤压力传感器。
二
研究内容
光纤压力传感器内部包括粉末冶金、温度光纤光栅、应变光纤光栅、悬臂梁、限位罩、波纹管压罩、波纹管和弹簧。
1） 对温度补偿方式进行改进，通过悬空一支温度光纤光栅，保证温度光纤光栅不受应力，只需在悬臂梁的一侧粘接应变光纤光栅，操作简单且易于量产。
2） 悬臂梁下方的限位罩将弹簧、波纹管压罩、波纹管罩于其内部，限位罩内侧上平面与弹簧上平面接触，弹簧下平面与波纹管压罩接触。
3） 当外界压力通过波纹管底部的管道到达波纹管时，高压使其产生轴向的形变，进而压缩弹簧，最终弹簧发生形变，将力传至悬臂梁，改变应变光纤光栅的受力情况。
4） 在单层波纹管中增加了劲度系数更大的弹簧，以限制外界产生压力时单层波纹管发生形变，使波纹管与弹簧共同传递压力到悬臂梁。
三
实验及结果分析
1） 对传感器内部光纤光栅的温度系数进行标定，得到相关的温度参数作为温度补偿。应变光纤光栅的温度系数为0.022 nm/℃，温度光纤光栅的温度系数为 0.013 nm/℃。
2） 传感器的应变光纤光栅的应变系数（灵敏度）为 0.379 98 nm/MPa，10次实验的系数偏差不超过0.02 nm/MPa。在0～5 MPa压力下，传感器产生了约1.9 nm的波长改变。
3） 改进后传感器在0～5 MPa的外界压力下测量误差（标准压力值减去解调压力值）均在0.02 MPa之内。
4）开展了为期3个月的现场应用，使用该传感器监测矿区水压，压力解调精度为±2 m（0.02 MPa）之内，证明了其具有较高的可靠性。
作者简介
杨永亮（1982—）,男,河北石家庄人,工程师,硕士,现主要从事煤矿采掘安全技术研究工作,E-mail：yangyongliang_01@163. com。
引用格式
杨永亮,张羽,李雪佳,等. 一种改进型光纤压力传感器设计[J]. 工矿自动化,2023,49(12):12-17.
YANG Yongliang, ZHANG Yu,LI Xuejia, et al. Design of an improved fiber optic pressure sensor[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(12):12-17.
