專利名稱：一種t型結(jié)構(gòu)易于串接的光纖光柵壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種T型結(jié)構(gòu)易于串接的光纖光柵壓力傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，壓力是一個(gè)非常重要的參數(shù)，壓力測(cè)量在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外有關(guān)壓力檢測(cè)的研究和產(chǎn)品很多，傳統(tǒng)的電測(cè)量方法不僅抗電磁干擾能力差，而且是不能串接，在大規(guī)模多點(diǎn)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，勢(shì)必導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)信號(hào)線， 占用大量的有限空間資源。光纖光柵壓力傳感器不僅具有本質(zhì)安全防爆，耐腐蝕，抗干電磁干擾能力強(qiáng)，能在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下工作，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是通過(guò)波分復(fù)用技術(shù)，光纖光柵壓力傳感器可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器之間的串接，在大規(guī)模測(cè)量系統(tǒng)中，大大減少數(shù)據(jù)信號(hào)線的數(shù)量，為施工布線帶來(lái)極大便利。然而，現(xiàn)有的光纖光柵壓力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多未考慮傳感器之間的串接問(wèn)題，光纖光柵傳感器的可串接優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到彰顯。孫穎等提出來(lái)一種高靈敏度光纖光柵壓力傳感器(參看文獻(xiàn)“高靈敏度光纖光柵壓力傳感器及其壓力特性的研究”，來(lái)自期刊《光學(xué)學(xué)報(bào)》，2002年1月，22卷第1期)， 該傳感器使用有機(jī)聚合物來(lái)封裝光纖光柵，將聚合物的受壓變形作用于光纖光柵，產(chǎn)生光纖光柵的波長(zhǎng)變化，但是聚合物的彈性強(qiáng)度受溫度影響較大，導(dǎo)致這種壓力傳感器受溫度影響較大；同時(shí)，這種傳感器設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮傳感器之間的串接問(wèn)題。趙勇等人設(shè)計(jì)的兩種能實(shí)現(xiàn)對(duì)地下油井中高壓和溫度的測(cè)量光纖光柵壓力傳感器，(參看文獻(xiàn)“Simultaneous Measurement of Down-Hole High Pressure and Temperature With a Bulk-Modulus and FBG Sensor，，，Photonics Technology Letters，2002，11 (14) ；"Differential FBG sensor for Temperature-Compensated High-Pressure Measurement”，Optic&Laser Technology, 2004，2 (36).)，以及專利號(hào)為200910011515. 0的中國(guó)專利“一種新型的光纖光柵壓力傳感器”，通過(guò)將自由伸縮彈性圓桶在壓力作用下產(chǎn)生的變形傳遞到懸臂梁上，引起粘貼在懸臂梁上下表面的光纖光柵波長(zhǎng)變化，這種傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也沒(méi)有考慮到傳感器之間的串接問(wèn)題。申人升等人提出的薄壁應(yīng)變筒式光纖光柵壓力傳感器(參看文獻(xiàn)“薄壁應(yīng)變筒式光纖光柵壓力傳感器的研究”，來(lái)自期刊《光電子·激光》，2008年11月，19卷第11期)，將兩個(gè)光纖光柵分別沿著軸向和周向粘貼在薄壁應(yīng)變筒的外壁上，一個(gè)光柵測(cè)量壓力，另一個(gè)光柵用來(lái)做溫度補(bǔ)償。這種結(jié)構(gòu)的壓力傳感器同樣沒(méi)有考慮傳感器之間的串接問(wèn)題。王俊杰等提出的光纖光柵壓力傳感器(參看文獻(xiàn)“帶溫度補(bǔ)償基于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的光纖光柵壓力傳感器”，來(lái)自期刊《納米技術(shù)與精密工程》，2009年6月，7卷第3期)，將薄壁圓筒直接作為彈性體，在壓力下產(chǎn)生軸向位移來(lái)拉動(dòng)壓力敏感光纖以實(shí)現(xiàn)壓力傳感，該傳感器雖然考慮了傳感器之間的串接問(wèn)題，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，批量生產(chǎn)時(shí)，傳感器一致性不易得到保證。專利號(hào)為200710051243. 8的中國(guó)專利“高靈敏度光纖光柵壓力傳感器”，將光纖光柵封裝在聚氨酯彈性體內(nèi)，并置于金屬?gòu)椈傻闹行模饘購(gòu)椈傻膬啥擞媒饘倨馄饋?lái)，壓力作用在金屬片上，壓縮金屬?gòu)椈?，使光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變來(lái)測(cè)量壓力。該傳感器具有靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是聚氨酯彈性體受溫度影響較大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)光纖光柵壓力傳感器在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際需要和現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種T型結(jié)構(gòu)易于串接的光纖光柵壓力傳感器。該光纖光柵壓力傳感器同時(shí)能很好地解決溫度對(duì)壓力測(cè)量結(jié)果的影響，能夠?qū)毫蜏囟葍蓚€(gè)物理量同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下措施達(dá)到的一種T型結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器(如附圖1所示)，它包括光纖，后端蓋、測(cè)溫光纖光柵、支撐梁、細(xì)鋼管、外殼、測(cè)壓光纖光柵、彈性膜片和前端蓋；所述的外殼為T型管， 其中間管口(下管口)為壓力測(cè)量端口 ；測(cè)溫光纖光柵和測(cè)壓光纖光柵串接通過(guò)膠黏劑封裝在細(xì)鋼管內(nèi)，并分別安放在支撐梁的兩側(cè)；細(xì)鋼管剛性固定在彈性膜片、支撐梁和后端蓋上；彈性膜片固定在外殼上部靠前端蓋的端口上并密封該端口 ；前端蓋和后端蓋分別密封外殼上部?jī)啥丝?，光纖尾纖通過(guò)前端蓋和后端蓋從外殼兩端密封部位引出。本T型結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其外殼的中間管口設(shè)有連接螺紋，該中間管口為壓力測(cè)量端口，它與待測(cè)氣體或液體管道通過(guò)螺紋緊固聯(lián)通。本實(shí)用新型所述的T型結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其后端蓋比前端蓋厚。本T型結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器中間壓力測(cè)量端口與待測(cè)氣體或液體管道通過(guò)螺紋緊固聯(lián)通，上部?jī)啥嗣芊?。測(cè)溫光纖光柵和測(cè)壓光纖光柵固定在細(xì)鋼管內(nèi)部，細(xì)鋼管剛性固定在彈性膜片、支撐梁和后端蓋上，信號(hào)傳輸光纖從T型結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器上部?jī)啥嗣芊獠课惠敵?。氣體或液體通過(guò)傳感器中間端口進(jìn)入傳感器內(nèi)部，作用在彈性膜片上，當(dāng)彈性膜片受到壓力作用時(shí)發(fā)生變形，固定在彈性膜片與支撐梁之間的細(xì)鋼管受到拉伸，結(jié)果導(dǎo)致光纖光柵中心波長(zhǎng)變化。后端蓋比較厚重，氣壓或液壓不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生明顯變形，固定在支撐梁與后端蓋之間的測(cè)溫光纖光柵不受壓力影響，它只用來(lái)測(cè)量溫度，用來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。這測(cè)溫光纖光柵和測(cè)壓光纖光柵串接，尾纖從傳感器兩端輸出，用于與其它傳感器串接。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下突出特點(diǎn)1、該傳感器采用T型結(jié)構(gòu)，信號(hào)傳輸光纖從傳感器上部?jī)啥溯敵?，易于與其它傳感器串接；2、測(cè)溫光纖光柵和測(cè)壓光纖光柵處在同一個(gè)溫度場(chǎng)中，測(cè)溫光纖光柵能對(duì)測(cè)壓光纖光柵起到良好的溫度補(bǔ)償作用，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)液體或氣體溫度的測(cè)量。

圖1為本T型結(jié)構(gòu)的可串接的光纖光柵壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖圖2為圖1所示T型結(jié)構(gòu)的可串接的光纖光柵壓力傳感器的側(cè)視圖圖中1-光纖，2-后端蓋，3-測(cè)溫光纖光柵，4-支撐梁，5-細(xì)鋼管，6_外殼，7_測(cè)壓光纖光柵，8-膠黏劑，9-彈性膜片，10-前端蓋，11-壓力測(cè)量端口。
具體實(shí)施方式
[0016]
以下結(jié)合附圖1對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案和實(shí)現(xiàn)原理作進(jìn)一步描述。光纖光柵壓力傳感器外殼6采用T型管結(jié)構(gòu)，待測(cè)壓力管道通過(guò)外殼6中間管口即壓力測(cè)量端口 11連接，外殼6上部?jī)啥丝谕ㄟ^(guò)前端蓋10和后端蓋2密封。測(cè)溫光纖光柵3和測(cè)壓光纖光柵7 通過(guò)膠黏劑8封裝在細(xì)鋼管5內(nèi)，細(xì)鋼管5通過(guò)膠黏劑8剛性固定在壓彈性膜片9、支撐梁 4和后端蓋2中部位置。測(cè)溫光纖光柵3和測(cè)壓光纖光柵7串接，分別安放在支撐梁4的兩側(cè)。光纖1尾纖通過(guò)前端蓋10和后端蓋2進(jìn)行密封保護(hù)輸出。當(dāng)壓力作用時(shí)，彈性膜片 9發(fā)生變形，該變形通過(guò)細(xì)鋼管5作用于測(cè)壓光纖光柵7上，導(dǎo)致測(cè)壓光纖光柵7中心波長(zhǎng)變化。支撐梁4和后端蓋10比較厚重，壓力的作用不會(huì)產(chǎn)生明顯變形，所以測(cè)溫光纖光柵 3不受壓力作用，僅用來(lái)測(cè)量溫度。
權(quán)利要求1.一種T型結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其特征在于它包括光纖(1)，后端蓋O)、測(cè)溫光纖光柵( 、支撐梁(4)、細(xì)鋼管( 、外殼(6)、測(cè)壓光纖光柵(7)、彈性膜片(9)和前端蓋 (10)；外殼(6)為T型管，其下管口為壓力測(cè)量端口(11)，測(cè)溫光纖光柵C3)和測(cè)壓光纖光柵(7)串接通過(guò)膠黏劑⑶封裝在細(xì)鋼管(5)內(nèi)，并分別安放在支撐梁⑷的兩側(cè)，細(xì)鋼管 (5)剛性固定在彈性膜片(9)、支撐梁(4)和后端蓋( 上，彈性膜片(9)固定在外殼(6)上部靠前端蓋(10)的端口上并密封該端口，前端蓋(10)和后端蓋(2)分別密封外殼(6)上部?jī)啥丝?，光纖(1)尾纖通過(guò)前端蓋(10)和后端蓋( 從外殼(6)兩端密封部位引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其特征在于外殼(6)的壓力測(cè)量端口(11)設(shè)有連接螺紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的T型結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其特征在于后端蓋O)比前端蓋(10)厚。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種T型結(jié)構(gòu)的易于串接的光纖光柵壓力傳感器。傳感器中間端口與待測(cè)氣體或液體管道聯(lián)通，用于測(cè)量壓力，傳感器上部?jī)啥嗣芊獠⒂糜谳敵龉饫w，這種結(jié)構(gòu)易于與其它光纖光柵傳感器串接。該傳感器工作原理是通過(guò)內(nèi)部的彈性膜片在壓力載荷作用下中心產(chǎn)生變形，來(lái)拉伸里面封裝有測(cè)壓光纖光柵的細(xì)鋼管來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的測(cè)量。傳感器中另放有一個(gè)測(cè)溫光纖光柵，用來(lái)對(duì)測(cè)壓光纖光柵進(jìn)行溫度補(bǔ)償，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)液體或氣體溫度的測(cè)量。本實(shí)用新型的光纖光柵壓力傳感器易于與其它傳感器串接，能同時(shí)對(duì)壓力和溫度兩個(gè)物理量進(jìn)行測(cè)量，可在石油化工、水利、航空航天等領(lǐng)域液體和氣體多點(diǎn)壓力測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01K11/32GK202255710SQ201120285608
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者張東生, 黃 俊 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)