论文主要介绍了该传感器的设计原理、结构特点、仿真分析、实验测试及结论。以下是文件的核心内容总结：

1. 研究背景与意义：

• 土压力监测重要性：土压力监测对岩土工程和土木工程领域的健康监测至关重要，能够评估边坡稳定、地基沉降、隧道围岩应力及地下结构的安全性。

• 传统传感器局限：传统土压力传感器易受电磁干扰、温度变化及环境湿度等影响，灵敏度和长期监测能力难以满足现代工程需求。

• FBG技术优势：光纤布喇格光栅（FBG）技术具有抗电磁干扰、高灵敏度、体积小、可串联多个光栅使用等优点，在健康监测领域迅速发展。

2. 传感器设计与结构：

• 设计目标：针对传统传感器问题，设计了一种基于菱形敏化结构的膜片式FBG土压力传感器。

• 结构组成：传感器由感压结构（圆膜片）和应变测量结构（菱形敏化结构、壳体）组成，通过支撑轴和螺纹连接固定。

• 测量原理：利用FBG中心波长变化与轴向应变和温度的关系，通过串联在应变梁和温补梁上的FBG实现压力测量与温度补偿。

3. 理论分析与仿真：

• 理论分析：建立了膜片变形与压力关系的数学模型，分析了菱形敏化结构的应变分布。

• 仿真分析：使用Ansys有限元分析软件对传感器进行静力结构仿真，验证了压力传感器结构设计的可行性，结果表明膜片变形和应变分布与理论分析一致。

4. 实验测试与结果：

• 实验装置：搭建实验装置，使用台式压力校准器、精密数字压力表、FBG解调器等设备对传感器性能进行测试。

• 压力量程测试：确定传感器量程为0~2 MPa，在2.1 MPa时FBG出现啁啾，波长偏移与压力失去线性关系。

• 压力灵敏度标定：传感器灵敏度达981.87 pm/MPa，线性相关系数达到99.95%，表现出良好的线性度和可重复性。

• 抗蠕变实验：在1.2 MPa恒定压力下，3小时抗蠕变实验中波长波动控制在±5 pm内，证明传感器具有良好的抗蠕变性。

• 温度补偿实验：在-10~50 ℃温度范围内，传感器表现出良好的温度补偿能力，FBG1和FBG2的波长响应基本吻合。

5. 结论与展望：

• 设计创新：菱形敏化传感结构实现了土压力到应变监测的高效转化，通过波长差动补偿技术避免了温度交叉对灵敏度的影响。

• 性能优越：传感器具有高灵敏度、良好线性度、抗蠕变性和温度补偿能力，满足工程实际中土压力长期准确监测的需求。

• 应用前景：该传感器在岩土工程和土木工程领域具有广泛的应用前景，为工程健康监测提供了新的技术手段。

论文通过理论分析、仿真验证和实验测试，全面评估了基于菱形敏化结构的膜片式FBG土压力传感器的性能，证明了其在工程健康监测中的有效性和可靠性。