随着压力管道在各领域的广泛运用,复杂管道系统的安全运行变得日益重要。因此,管道压力检测技术在各种工业现场和工程领域也受到越来越多的重视。然而,传统的管道压力检测手段因为诸多局限逐渐无法满足应用要求。在管道压力非侵入式检测方面,光纤光栅凭借重量轻、体积小、损耗小、不受电磁干扰、可以远距离传输、能够实现分布式阵列组网以及能够灵活的埋入各种智能材料等优势逐渐成为一种高效可靠的检测手段。本文以压力管道为研究对象,进行了基于光纤光栅的非侵入式传感器的设计和实验,主要包括以下三个内容:1)深入分析了管道应力应变的类型及其产生原理,着重揭示了管道材料、管道内径、管壁厚度以及管道内压等诸多因素对管道管壁应变规律的影响。并借助AutoCAD、ProE和AnsysWorbench等软件对管道压力非侵入式传感器进行了设计、建模和一系列结构优化仿真工作。设计了宽10mm,厚4mm且带耳部的两瓣式环箍结构和厚4mm,基体四条边宽2mm的双梁式菱形结构耦合而成的管道压力检测机构。结合光纤光栅的传感检测原理,运用材料和弹性力学理论推导出管道压力检测机构的数学模型。2)重点分析了管道流固耦合特性。以120mm内径,2mm壁厚的不锈钢管道为研究对象,进行了注水加压的流固耦合仿真研究,建立了流体、管道和检测机构组成的仿真模型,采用计算流体力学和材料力学相集成的仿真方法,获得了管道受压时管内的流场及压力场分布情况以及流体压力引起的管壁应变分布特性。验证了管道压力传感器设计的合理性。3)加工了具有不同材质和尺寸的多种菱形检测机构模型,并多次展开了基于电阻应变片和基于光纤光栅的管道压力测试实验。结果表明长对角线为短对角线约2.5倍且材料为7075铝合金的菱形结构对管壁应变有最佳的传递效果,且采用光纤光栅的检测机构对管壁应变传递效率远高于超过应变片应变传递效率。