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摘要
结合增材制造技术制备了光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)压力传感器,通过改变传感器的封装材料、填充密度、以及封装模型尺寸,进行FBG压力传感器的测量型研究。试验表明FBG传感器在封装过程中,因为温度变化产生的耗材收缩与拉伸应变较为均匀,并根据模型内部的应变特点分别定义了经验的上界与下界函数、残余函数,上界函数为f(x)=-9E-08x3+0.000 4x2-0.709 8x+368.86,定义为随着增材制造每层耗材的叠加,模型50%核心位置处所产生的最大拉伸应变;下界函数为f(x)=-1E-08x3-3E-05x2+0.096 4x-235.95,定义为随着增材制造每层耗材的叠加,模型50%核心位置处所产生的最大收缩应变;残余函数为f(x)=-5E-09x3+1E-04x2-0.653x+712.9,定义为增材制造过程结束后,模型温度降至室温过程中,模型50%核心位置处随着时间所产生的残余收缩应变。传感器的标定试验表明传感器具有良好的线性度与稳定性。制备的边长35 mm,厚度10 mm的立方体(35 mm×35 mm×10 mm)碳纤维传感器,当填充密度分别为20%、40%、60%、80%、100%时,对应的灵敏度分别为0.69、0.45、0.39、0.21、0.19 pm/kPa,随着填充密度的增加传感器灵敏度随之减小。当填充密度为20%,直径为60 mm,厚度分别为6和15 mm的圆柱体压力传感器时,获得的平均灵敏度分别为0.59和0.18 pm/kPa。当填充密度为20%,传感器尺寸为直径60 mm,厚度15 mm的圆柱体,碳纤维与聚乳酸脂材料对应的压力传感器平均灵敏度分别为16.26和0.59 pm/kPa。因此可以通过改变增材制造填充密度和材料以及封装模型尺寸大小获得不同灵敏度的压力传感器。
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