CN100529701C

CN100529701C - 基于膜片挠度的光纤压强传感器

Info

Publication number: CN100529701C
Application number: CNB2006101655330A
Authority: CN
Inventors: 张文涛; 李芳�; 刘育梁
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: CN101206150A

Abstract

一种膜片式光纤压强传感器，其特征在于，包括：一支撑筒，该支撑筒的下端为用于感受压强的膜片，其侧壁开有两圆孔；一光纤光栅，该光纤光栅安装于支撑筒内，其两端穿过支撑筒侧壁的两圆孔，用于测量压强；一端盖，该端盖安装在支撑筒的上端，以密封该支撑筒；一杠杆，该杠杆概似一L形，该杠杆通过一轴平行于光纤光栅安装于支撑筒内部的中间，该杠杆的一端与膜片的中心点接触，该杠杆的另一端有一凸起，该杠杆用于传递压强。

Description

基于膜片挠度的光纤压强传感器

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种基于膜片挠度的光纤压强传感器。

背景技术

光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面具有明显的优势，在建筑、石油、军事应用领域显得尤为突出。

光纤压强传感器是利用光纤的传光特性以及它与周围环境相互作用产生的种种调制效应，探测周围环境压强的仪器。它与传统的压强传感器相比，有以下主要优势：压强灵敏度高、不受电磁干扰、重量轻、耐高温、结构小巧、可靠型高，以及兼具信息传感及光信息传输于一身等优点。

鉴于光纤压强传感器的如上技术优势，可满足各发达国家在石油、军事等领域的要求，目前已经在此方面积极展开研究。

在常见的强度调制型、数字式、光纤光栅式光纤压强传感器中，光纤光栅式光纤压强传感器是目前的主要研究方向。

傅海威等人报道了一种光纤光栅压力传感器，是采用在将光纤光栅粘接在圆形膜片上进行增敏的办法，通过圆膜片在周向上的应变来带动光纤光栅产生应变，从而检测压强。这样制作的光纤压强传感器的受到封装工艺的影响比较大；胶层不均匀会使光纤受力不均匀，易产生啁啾，并且传感器的灵敏度不易调整。

因此，如何减小封装难度，提高传感器的可靠性，方便的控制传感器的灵敏度是光纤压强传感器走向实用化必需解决的重要技术之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于膜片挠度的光纤压强传感器，以减小光纤压强传感器的封装工艺难度，方便的控制传感器的灵敏度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明一种膜片式光纤压强传感器，其特征在于，包括：

一支撑筒，该支撑筒的下端为用于感受压强的膜片，其侧壁开有两圆孔；

一光纤光栅，该光纤光栅安装于支撑筒内，其两端穿过支撑筒侧壁的两圆孔，用于测量压强；

一端盖，该端盖安装在支撑筒的上端，以密封该支撑筒；

一杠杆，该杠杆概似一L形，该杠杆通过一轴平行于光纤光栅安装于支撑筒内部的中间，该杠杆的一端与膜片的中心点接触，该杠杆的另一端有一凸起，该杠杆用于传递压强。

其中所述的杠杆上开有一小孔，该小孔与支撑筒的侧壁之间安装有一弹簧，该弹簧用以使杠杆复位。

其中所述支撑筒侧壁上的两圆孔上分别进一步分别安装圆柱型接头，该光纤光栅的尾纤穿过该圆柱型接头。

其中所述的杠杆的一端与膜片中心点接触处的弧线部分的外轮廓线为阿基米德螺线。

其中所述的杠杆的另一端的凸起，用于固定光纤光栅。

其中所述支撑筒与端盖联接处以及圆柱型接头内涂有高强度密封胶，使支撑筒内部构成密闭的空气腔。

本发明的有益效果是：

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、工艺简单。通过将光纤光栅粘接于杠杆40的一端和圆柱型接头14的方法，减小了工艺难度，使得工艺一致性易于保证。

2、可靠性高，重复性好。用于检测压强的光纤光栅20粘接于杠杆40的一端凸起41和圆柱型接头14，消除了在直接光纤光栅上涂胶的不均匀对光纤光栅造成的影响，避免了啁啾效应。

3、声压灵敏度便于控制。可以通过调节轴50到杠杆40的一端凸起41和另一端之间的距离、膜片11的厚度、半径等几何参数或者弹性模量等材料参数等来调节光纤压强传感器的灵敏度。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1为本发明提供的基于膜片挠度的光纤压强传感器的结构剖面示意图。

具体实施方式

如图1所示，图1为本发明提供的一种基于膜片挠度的光纤压强传感器的结构剖面示意图。该光纤压强传感器的主体为支撑筒10，该压强传感器包括：支撑筒10一端为用于感受压强的膜片11；安装在支撑筒10另一端用于密封的端盖30，端盖30与支撑筒10可以通过螺纹或者粘接的方式密封连接；支撑筒10的侧壁安装有轴50；杠杆40安装于轴50上，并可绕轴自由旋转；支撑筒10侧壁开有孔12和13，用于引出光纤光栅20的尾纤；安装于支撑筒10内用于测量压强的光纤光栅20，光纤光栅20的一端粘接于杠杆40的一端41，另一端粘接于圆柱型接头14的内部，光纤20有预先施加的预应力，并且为拉应力，用于补偿膜片11在压强作用下产生位移时的空程。

膜片11与支撑筒10为一体结构，这样可以使传感器的密封性更好，传感器的外形也更加美观。

杠杆40上开有小孔44。小孔44上安装有弹簧45。弹簧45一端连接于小孔44，另一端粘接或通过其他方式安装于支撑筒10内壁，并且弹簧45中有预先施加的拉力。杠杆40与膜片11中心点紧密接触。杠杆40与膜片11中心点紧密接触的弧线部分的外轮廓线为阿基米德螺线。

支撑筒10与端盖30联接处以及圆柱型接头14和15内涂有高强度密封胶，使支撑筒10内部构成密闭的空气腔。端盖30与支撑筒10的侧壁具有足够的刚度抵抗外界的压强。膜片11的厚度一般远远小于支撑筒10侧壁的厚度，因而对外界压强敏感，作为传感元件。

当外界有压强作用于传感器上时，膜片11发生形变，向内弯曲，中心点与杆杆40的一端接触，使得杠杆40绕轴50发生旋转，由于光纤光栅20粘接于杆杆的另一端凸起41，从而使光纤光栅中产生相应的拉应变，从而引起光栅反射波长的变化。由于杠杆40与膜片11接触的部分为阿基米德螺线，膜片11的挠度量与杠杆40的旋转角度成正比，即与光纤的伸长量成正比。对于光纤光栅，其反射波长的变化量与所受应变成正比，故通过检测波长的变化量可以得到外界压强的大小。

当外界压强撤销时，杠杆40在弹簧15的作用下回复到初始位置。

对于相同大小的外界压强，轴50到杠杆40的一端41和另一端之间的距离比发生变化时，由膜片11的挠度引起的光纤伸长位移将不同，因此可以通过调整轴50到杠杆40的一端41和另一端之间的距离比来改变光纤压强传感器的灵敏度。

同时，可以通过调节膜片11的厚度、半径等几何参数或者弹性模量等材料参数等来调节光纤压强传感器的灵敏度。

并且，可以将该光纤压强传感器的光纤光栅20的尾纤与另一光纤压强传感器的光纤光栅串联起来，进行多点测量。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种膜片式光纤压强传感器，其特征在于，包括：

一端盖，该端盖安装在支撑筒的上端，以密封该支撑筒；

一杠杆，该杠杆概似一L形，该杠杆通过一轴平行于光纤光栅安装于支撑筒内部的中间，该杠杆的一端与膜片的中心点接触，该杠杆的另一端有一凸起，该凸起，用于固定光纤光栅，该杠杆用于传递压强。

2、根据权利要求1所述的膜片式光纤压强传感器，其特征在于，其中所述的杠杆上开有一小孔，该小孔与支撑筒的侧壁之间安装有一弹簧，该弹簧用以使杠杆复位。

3、根据权利要求1所述的膜片式光纤压强传感器，其特征在于，其中所述支撑筒侧壁上的两圆孔上分别进一步分别安装圆柱型接头，该光纤光栅的尾纤穿过该圆柱型接头。

4、根据权利要求1所述的膜片式光纤压强传感器，其特征在于，其中所述的杠杆的一端与膜片中心点接触处的弧线部分的外轮廓线为阿基米德螺线。

5、根据权利要求3所述的膜片式光纤压强传感器，其特征在于，其中所述支撑筒与端盖联接处以及圆柱型接头内涂有高强度密封胶，使支撑筒内部构成密闭的空气腔。