CN202255710U - 一种t型结构易于串接的光纤光栅压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种T型结构的易于串接的光纤光栅压力传感器。传感器中间端口与待测气体或液体管道联通，用于测量压力，传感器上部两端密封并用于输出光纤，这种结构易于与其它光纤光栅传感器串接。该传感器工作原理是通过内部的弹性膜片在压力载荷作用下中心产生变形，来拉伸里面封装有测压光纤光栅的细钢管来实现对压力的测量。传感器中另放有一个测温光纤光栅，用来对测压光纤光栅进行温度补偿，同时也能实现对被测液体或气体温度的测量。本实用新型的光纤光栅压力传感器易于与其它传感器串接，能同时对压力和温度两个物理量进行测量，可在石油化工、水利、航空航天等领域液体和气体多点压力测量***中应用。

Description

一种T型结构易于串接的光纤光栅压力传感器

技术领域

本实用新型涉及一种T型结构易于串接的光纤光栅压力传感器，属于光纤传感技术领域。

技术背景

在现代工业生产过程中，压力是一个非常重要的参数，压力测量在工业生产中有着广泛的应用。国内外有关压力检测的研究和产品很多，传统的电测量方法不仅抗电磁干扰能力差，而且是不能串接，在大规模多点压力监测***中，势必导致大量的数据信号线，占用大量的有限空间资源。光纤光栅压力传感器不仅具有本质安全防爆，耐腐蚀，抗干电磁干扰能力强，能在复杂恶劣的环境下工作，信号传输距离远等优点，更重要的是通过波分复用技术，光纤光栅压力传感器可以实现多个传感器之间的串接，在大规模测量***中，大大减少数据信号线的数量，为施工布线带来极大便利。然而，现有的光纤光栅压力传感器的结构设计大多未考虑传感器之间的串接问题，光纤光栅传感器的可串接优势没有得到彰显。

孙颖等提出来一种高灵敏度光纤光栅压力传感器(参看文献“高灵敏度光纤光栅压力传感器及其压力特性的研究”，来自期刊《光学学报》，2002年1月，22卷第1期)，该传感器使用有机聚合物来封装光纤光栅，将聚合物的受压变形作用于光纤光栅，产生光纤光栅的波长变化，但是聚合物的弹性强度受温度影响较大，导致这种压力传感器受温度影响较大；同时，这种传感器设计没有考虑传感器之间的串接问题。赵勇等人设计的两种能实现对地下油井中高压和温度的测量光纤光栅压力传感器，(参看文献“Simultaneous Measurement ofDown-Hole High Pressure and Temperature With a Bulk-Modulus and FBG Sensor”，PhotonicsTechnology Letters，2002，11(14)；“Differential FBG sensor for Temperature-CompensatedHigh-Pressure Measurement”，Optic&Laser Technology，2004，2(36).)，以及专利号为200910011515.0的中国专利“一种新型的光纤光栅压力传感器”，通过将自由伸缩弹性圆桶在压力作用下产生的变形传递到悬臂梁上，引起粘贴在悬臂梁上下表面的光纤光栅波长变化，这种传感器结构复杂，也没有考虑到传感器之间的串接问题。申人升等人提出的薄壁应变筒式光纤光栅压力传感器(参看文献“薄壁应变筒式光纤光栅压力传感器的研究”，来自期刊《光电子·激光》，2008年11月，19卷第11期)，将两个光纤光栅分别沿着轴向和周向粘贴在薄壁应变筒的外壁上，一个光栅测量压力，另一个光栅用来做温度补偿。这种结构的压力传感器同样没有考虑传感器之间的串接问题。王俊杰等提出的光纤光栅压力传感器(参看文献“带温度补偿基于薄壁圆筒结构的光纤光栅压力传感器”，来自期刊《纳米技术与精密工程》，2009年6月，7卷第3期)，将薄壁圆筒直接作为弹性体，在压力下产生轴向位移来拉动压力敏感光纤以实现压力传感，该传感器虽然考虑了传感器之间的串接问题，但是结构复杂，批量生产时，传感器一致性不易得到保证。专利号为200710051243.8的中国专利“高灵敏度光纤光栅压力传感器”，将光纤光栅封装在聚氨酯弹性体内，并置于金属弹簧的中心，金属弹簧的两端用金属片封起来，压力作用在金属片上，压缩金属弹簧，使光纤光栅产生应变来测量压力。该传感器具有灵敏度高，结构简单，但是聚氨酯弹性体受温度影响较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对光纤光栅压力传感器在现代工业生产中的实际需要和现有技术的不足，提出一种T型结构易于串接的光纤光栅压力传感器。该光纤光栅压力传感器同时能很好地解决温度对压力测量结果的影响，能够对压力和温度两个物理量同时进行测量。

本实用新型的目的是通过如下措施达到的：

一种T型结构光纤光栅压力传感器(如附图1所示)，它包括光纤，后端盖、测温光纤光栅、支撑梁、细钢管、外壳、测压光纤光栅、弹性膜片和前端盖；所述的外壳为T型管，其中间管口(下管口)为压力测量端口；测温光纤光栅和测压光纤光栅串接通过胶黏剂封装在细钢管内，并分别安放在支撑梁的两侧；细钢管刚性固定在弹性膜片、支撑梁和后端盖上；弹性膜片固定在外壳上部靠前端盖的端口上并密封该端口；前端盖和后端盖分别密封外壳上部两端口，光纤尾纤通过前端盖和后端盖从外壳两端密封部位引出。

本T型结构光纤光栅压力传感器，其外壳的中间管口设有连接螺纹，该中间管口为压力测量端口，它与待测气体或液体管道通过螺纹紧固联通。

本实用新型所述的T型结构光纤光栅压力传感器，其后端盖比前端盖厚。

本T型结构光纤光栅压力传感器中间压力测量端口与待测气体或液体管道通过螺纹紧固联通，上部两端密封。测温光纤光栅和测压光纤光栅固定在细钢管内部，细钢管刚性固定在弹性膜片、支撑梁和后端盖上，信号传输光纤从T型结构光纤光栅压力传感器上部两端密封部位输出。气体或液体通过传感器中间端口进入传感器内部，作用在弹性膜片上，当弹性膜片受到压力作用时发生变形，固定在弹性膜片与支撑梁之间的细钢管受到拉伸，结果导致光纤光栅中心波长变化。后端盖比较厚重，气压或液压不会对其产生明显变形，固定在支撑梁与后端盖之间的测温光纤光栅不受压力影响，它只用来测量温度，用来进行温度补偿。这测温光纤光栅和测压光纤光栅串接，尾纤从传感器两端输出，用于与其它传感器串接。

本实用新型与现有技术相比具有如下突出特点：

1、该传感器采用T型结构，信号传输光纤从传感器上部两端输出，易于与其它传感器串接；

2、测温光纤光栅和测压光纤光栅处在同一个温度场中，测温光纤光栅能对测压光纤光栅起到良好的温度补偿作用，同时也可以实现对被测液体或气体温度的测量。

附图说明

图1为本T型结构的可串接的光纤光栅压力传感器结构示意图

图2为图1所示T型结构的可串接的光纤光栅压力传感器的侧视图

图中：1-光纤，2-后端盖，3-测温光纤光栅，4-支撑梁，5-细钢管，6-外壳，7-测压光纤光栅，8-胶黏剂，9-弹性膜片，10-前端盖，11-压力测量端口。

具体实施方式

以下结合附图1对本实用新型的技术方案和实现原理作进一步描述。光纤光栅压力传感器外壳6采用T型管结构，待测压力管道通过外壳6中间管口即压力测量端口11连接，外壳6上部两端口通过前端盖10和后端盖2密封。测温光纤光栅3和测压光纤光栅7通过胶黏剂8封装在细钢管5内，细钢管5通过胶黏剂8刚性固定在压弹性膜片9、支撑梁4和后端盖2中部位置。测温光纤光栅3和测压光纤光栅7串接，分别安放在支撑梁4的两侧。光纤1尾纤通过前端盖10和后端盖2进行密封保护输出。当压力作用时，弹性膜片9发生变形，该变形通过细钢管5作用于测压光纤光栅7上，导致测压光纤光栅7中心波长变化。支撑梁4和后端盖10比较厚重，压力的作用不会产生明显变形，所以测温光纤光栅3不受压力作用，仅用来测量温度。

Claims (3)

1.一种T型结构光纤光栅压力传感器，其特征在于：它包括光纤(1)，后端盖(2)、测温光纤光栅(3)、支撑梁(4)、细钢管(5)、外壳(6)、测压光纤光栅(7)、弹性膜片(9)和前端盖(10)；外壳(6)为T型管，其下管口为压力测量端口(11)，测温光纤光栅(3)和测压光纤光栅(7)串接通过胶黏剂(8)封装在细钢管(5)内，并分别安放在支撑梁(4)的两侧，细钢管(5)刚性固定在弹性膜片(9)、支撑梁(4)和后端盖(2)上，弹性膜片(9)固定在外壳(6)上部靠前端盖(10)的端口上并密封该端口，前端盖(10)和后端盖(2)分别密封外壳(6)上部两端口，光纤(1)尾纤通过前端盖(10)和后端盖(2)从外壳(6)两端密封部位引出。

2.根据权利要求1所述的T型结构光纤光栅压力传感器，其特征在于：外壳(6)的压力测量端口(11)设有连接螺纹。

3.根据权利要求1所述的T型结构光纤光栅压力传感器，其特征在于：后端盖(2)比前端盖(10)厚。

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