CN101206149A - 膜片式光纤压强传感器 - Google Patents

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Abstract

一种膜片式光纤压强传感器，其特征在于，包括：一支撑筒，该支撑筒为光纤压强传感器的主体，该支撑筒为一筒状，其下端侧壁的同轴处开有一圆孔；一膜片，该膜片位于支撑筒的底部，以封闭支撑筒的下端；一光纤光栅，该光纤光栅固定在膜片的上面，该光纤光栅的尾纤穿过支撑筒侧壁上的圆孔；一端盖，该端盖盖合于支撑筒的上面；一温度补偿光纤光栅，该温度补偿光纤光栅固定在端盖的下面，该温度补偿光纤光栅的尾纤穿过支撑筒侧壁上的一圆孔。

Description

膜片式光纤压强传感器
技术领域
本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种膜片式光纤压强传感器。
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；传感器的灵敏度不易调整，并且对于温度的变化较为敏感。
因此，如何减小封装难度，方便的控制传感器的灵敏度，同时消除温度敏感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
要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光纤压强传感器，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，并进行温度补偿。
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，该支撑筒为光纤压强传感器的主体，该支撑筒为一筒状，其下端侧壁的同轴处开有一圆孔；
一膜片，该膜片位于支撑筒的底部，以封闭支撑筒的下端；
一光纤光栅，该光纤光栅固定在膜片的上面，该光纤光栅的尾纤穿过支撑筒侧壁上的圆孔；
一端盖，该端盖盖合于支撑筒的上面；
一温度补偿光纤光栅，该温度补偿光纤光栅固定在端盖的下面，该温度补偿光纤光栅的尾纤穿过支撑筒侧壁上的一圆孔。
其中所述的光纤光栅是粘接固定于膜片的上面。
其中所述的膜片的上面固定有第一凸台和第二凸台，所述的光纤光栅的两端是粘接固定于第一凸台和第二凸台上。
其中所述的支撑筒侧壁上的圆孔处进一步安装两圆柱形接头，用于引出光纤光栅和温度补偿光纤光栅的尾纤。
其中所述的膜片与支撑筒为分体结构或为一体结构。
其中所述的端盖与支撑筒通过螺栓固定或粘接固定。
其中所述的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。
其中所述的端盖与支撑筒的材料的热膨胀系数相同。
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凸台和金属表面进行压强检测和温度补偿减小了工艺难度，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粘接于膜片上的两凸台上，避免了对光纤光栅的直接粘接，消除了啁啾效应。
3、声压灵敏度便于控制。可以通过调节两凸台之间的距离、膜片的厚度、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。
4、消除了外界温度变化的影响。通过温度补偿光纤光栅进行了温度补偿，使传感器因外界温度变化引起的偏差被剔除掉。
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为本发明的膜片式光纤压强传感器的结构剖面示意图。
图2为本发明另一实施例的结构剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为本发明提供的膜片式光纤压强传感器的结构剖面示意图。该压强传感器包括：一支撑筒10，该支撑筒10为光纤压强传感器的主体，该支撑筒10为一筒状，其下端侧壁的同轴处开有圆孔11一膜片20，该膜片20位于支撑筒10的底部，以封闭支撑筒10的下端，该膜片20的上面固定有第一凸台21和第二凸台22；一光纤光栅40，该光纤光栅40固定在膜片20的上面，该光纤光栅40的尾纤穿过支撑筒10侧壁上的圆孔11一端盖30，该端盖30盖合于支撑筒10的上面；一温度补偿光纤光栅50，该温度补偿光纤光栅50固定在端盖30的下面，该温度补偿光纤光栅50的尾纤穿过支撑筒10侧壁上的一圆孔11。
膜片20的上面固定有第一凸台21和第二凸台22，所述的光纤光栅40的两端是粘接固定于第一凸台21和第二凸台22上。
支撑筒10侧壁上的圆孔11处进一步安装一圆柱形接头13，用于引出光纤光栅40和温度补偿光纤光栅50的尾纤。
膜片20与支撑筒10为分体结构或为一体结构。
端盖30与支撑筒10通过螺栓固定或粘接固定。
支撑筒10与端盖30联接处以及圆柱型接头13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20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20发生形变，向内弯曲，第一凸台21与第二凸台22之间的距离发生改变，带动粘接在其上的光纤光栅40产生拉应变，从而引起光栅反射波长的变化。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。
对于相同大小的外界压强，第一凸台21和第二凸台22之间的距离不同时，在光纤光栅上产生的应变也不同，因此可以通过调整第一凸台21和第二凸台22之间的距离来改变光纤压强传感器的灵敏度。
端盖30与支撑筒10采用热膨胀系数相同的材料制作，当外界的温度发生变化时，由于温度变化引起的光纤光栅反射波长的变化对于传感光纤光栅40和温度补偿光纤光栅50是相同的，故可以通过相减消除温度变化的影响。
同时，可以通过调节膜片20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。
请参阅图2，为本发明另一实施例的结构剖面示意图。其中该实施例与图1所示实施例的结构基本相同，不同之处在于，其中的传感光纤光栅40’直接粘接固定在膜片20上。该实施例同样可以达到前一实施例的目的。
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 (8)

1.一种膜片式光纤压强传感器，其特征在于，包括：
一支撑筒，该支撑筒为光纤压强传感器的主体，该支撑筒为一筒状，其下端侧壁的同轴处开有一圆孔；
一膜片，该膜片位于支撑筒的底部，以封闭支撑筒的下端；
一光纤光栅，该光纤光栅固定在膜片的上面，该光纤光栅的尾纤穿过支撑筒侧壁上的圆孔；
一端盖，该端盖盖合于支撑筒的上面；
一温度补偿光纤光栅，该温度补偿光纤光栅固定在端盖的下面，该温度补偿光纤光栅的尾纤穿过支撑筒侧壁上的一圆孔。
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，其中所述的光纤光栅是粘接固定于膜片的上面。
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，其中所述的膜片的上面固定有第一凸台和第二凸台，所述的光纤光栅的两端是粘接固定于第一凸台和第二凸台上。
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，其中所述的支撑筒侧壁上的圆孔处进一步安装两圆柱形接头，用于引出光纤光栅和温度补偿光纤光栅的尾纤。
5.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，其中所述的膜片与支撑筒为分体结构或为一体结构。
6.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，其中所述的端盖与支撑筒通过螺栓固定或粘接固定。
7.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。
8.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，其中所述的端盖与支撑筒的材料的热膨胀系数相同。
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