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)過程中，壓力是一個(gè)非常重要的參數(shù)，壓力測量在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外有關(guān)壓力檢測的研究和產(chǎn)品很多，傳統(tǒng)的電測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)測系統(tǒng)中，勢必導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)信號線， 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，信號傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是通過波分復(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)模測量系統(tǒng)中，大大減少數(shù)據(jù)信號線的數(shù)量，為施工布線帶來極大便利。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題，光纖光柵傳感器的可串接優(yōu)勢沒有得到彰顯。孫穎等提出來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)沒有考慮傳感器之間的串接問題。趙勇等人設(shè)計(jì)的兩種能實(shí)現(xiàn)對地下油井中高壓和溫度的測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).)，以及專利號為200910011515. 0的中國專利“一種新型的光纖光柵壓力傳感器”，通過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變化，這種傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也沒有考慮到傳感器之間的串接問題。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)光柵測量壓力，另一個(gè)光柵用來做溫度補(bǔ)償。這種結(jié)構(gòu)的壓力傳感器同樣沒有考慮傳感器之間的串接問題。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。專利號為200710051243. 8的中國專利“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)，并置于金屬彈簧的中心，金屬彈簧的兩端用金屬片封起來，壓力作用在金屬片上，壓縮金屬彈簧，使光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變來測量壓力。該傳感器具有靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，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壓力測量結(jié)果的影響，能夠?qū)毫蜏囟葍蓚€(gè)物理量同時(shí)進(jìn)行測量。本實(shí)用新型的目的是通過如下措施達(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、測溫光纖光柵、支撐梁、細(xì)鋼管、外殼、測壓光纖光柵、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)為壓力測量端口 ；測溫光纖光柵和測壓光纖光柵串接通過膠黏劑封裝在細(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兩端口，光纖尾纖通過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量端口，它與待測氣體或液體管道通過螺紋緊固聯(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量端口與待測氣體或液體管道通過螺紋緊固聯(lián)通，上部兩端密封。測溫光纖光柵和測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，信號傳輸光纖從T型結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器上部兩端密封部位輸出。氣體或液體通過傳感器中間端口進(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變化。后端蓋比較厚重，氣壓或液壓不會(huì)對其產(chǎn)生明顯變形，固定在支撐梁與后端蓋之間的測溫光纖光柵不受壓力影響，它只用來測量溫度，用來進(jìn)行溫度補(bǔ)償。這測溫光纖光柵和測壓光纖光柵串接，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)，信號傳輸光纖從傳感器上部兩端輸出，易于與其它傳感器串接；2、測溫光纖光柵和測壓光纖光柵處在同一個(gè)溫度場中，測溫光纖光柵能對測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)對被測液體或氣體溫度的測量。

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-測溫光纖光柵，4-支撐梁，5-細(xì)鋼管，6_外殼，7_測壓光纖光柵，8-膠黏劑，9-彈性膜片，10-前端蓋，11-壓力測量端口。
具體實(shí)施方式
[0016]
以下結(jié)合附圖1對本實(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)，待測壓力管道通過外殼6中間管口即壓力測量端口 11連接，外殼6上部兩端口通過前端蓋10和后端蓋2密封。測溫光纖光柵3和測壓光纖光柵7 通過膠黏劑8封裝在細(xì)鋼管5內(nèi)，細(xì)鋼管5通過膠黏劑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。測溫光纖光柵3和測壓光纖光柵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，該變形通過細(xì)鋼管5作用于測壓光纖光柵7上，導(dǎo)致測壓光纖光柵7中心波長變化。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，所以測溫光纖光柵 3不受壓力作用，僅用來測量溫度。
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)、測溫光纖光柵( 、支撐梁(4)、細(xì)鋼管( 、外殼(6)、測壓光纖光柵(7)、彈性膜片(9)和前端蓋 (10)；外殼(6)為T型管，其下管口為壓力測量端口(11)，測溫光纖光柵C3)和測壓光纖光柵(7)串接通過膠黏劑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)上部兩端口，光纖(1)尾纖通過前端蓋(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氣體或液體管道聯(lián)通，用于測量壓力，傳感器上部兩端密封并用于輸出光纖，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內(nèi)部的彈性膜片在壓力載荷作用下中心產(chǎn)生變形，來拉伸里面封裝有測壓光纖光柵的細(xì)鋼管來實(shí)現(xiàn)對壓力的測量。傳感器中另放有一個(gè)測溫光纖光柵，用來對測壓光纖光柵進(jìn)行溫度補(bǔ)償，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對被測液體或氣體溫度的測量。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)對壓力和溫度兩個(gè)物理量進(jìn)行測量，可在石油化工、水利、航空航天等領(lǐng)域液體和氣體多點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)中應(yīng)用。
文檔編號G01K11/32GK202255710SQ201120285608
公開日2012年5月30日 申請日期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 申請人:武漢理工大學(xué)