CN102809460A

CN102809460A - 一种新型光纤流体差压计

Info

Publication number: CN102809460A
Application number: CN2012103035855A
Authority: CN
Inventors: 祝海丽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2012-12-05

Abstract

一种新型光纤流体差压计，由保护筒、光纤固定基座、光纤光栅、硬芯膜片、基座、尾纤和铠装光缆组成。其中，硬芯膜片将由保护筒和基座之间形成的承压腔分为高压端承压腔和低压端承压腔两部分，光纤光栅一端的尾纤固定在硬芯膜片上的光纤膜片固定处，经预拉后，另一端的尾纤固定在光纤固定基座上的光纤固定基座固定处。这样，待测压差发生变化时，即硬芯膜片两侧的压强差发生变化，引起硬芯膜片上硬芯处发生微位移，使光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测光纤光栅的中心反射波长的移动量，即可检测到待测压差的变化信息。本发明不受抗电磁干扰、本质安全、测量精度高、长期稳定性和可靠性好。

Description

一种新型光纤流体差压计

技术领域：

本发明涉及光纤传感领域，特别涉及一种新型光纤流体差压计。

背景技术：

压差测量在许多工业现场中发挥着非常重要的作用，广泛应用于土木工程、石油化工、电力、水利水电等工程领域中。目前，应用较为广泛的压差计多为电子类压差计，例如电阻式差压计、电容式差压计等，这些差压计都具有一定的局限性，例如：在强电磁干扰、易燃易爆、雷击几率较大的恶劣环境中应用的长期稳定性和可靠性不好。

近十几年来，随着光纤光栅制作技术的日益成熟、光纤光栅解调技术的日益完善，更重要的是光纤光栅具有不受电磁干扰、抗腐蚀、抗雷击、波长直接绝对编码、测量精度高、长期可靠性和稳定性好、信号长距离传输、波分复用组网以及能在易燃易爆环境中应用等诸多优点，光纤光栅传感技术在各个领域中的应用研究方兴未艾，并初步形成产业化。但是，目前市场上尚未出现基于光纤光栅传感技术的差压计产品，也未见相关的报道，因此，研制一种基于光纤光栅传感技术的差压计产品来代替传统的电子类差压计产品，以满足在强电磁干扰、易燃易爆、雷击几率较大的恶劣环境中压强差测量需求，是非常必要的。本发明通过将光纤光栅和硬芯膜片有机结合在一起，作为压差敏感元件，提出并发布了一种新型光纤流体差压计，具有无源、本质安全、不受电磁干扰、测量精度高等诸多优点，有效克服了电子类差压计的局限性。

发明内容：

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于光纤光栅传感技术的新型流体差压计，来解决现有技术中抗电磁干扰能力不强、长期稳定性和可靠性不理想等技术问题。

本发明的这种新型光纤流体差压计，由一个保护筒、一个光纤固定基座、一个光纤光栅、一个硬芯膜片、一个基座、一个尾纤和一个铠装光缆组成。其中，所述的基座是由金属材料通过精密机械加工而成的，由膜片装配孔、高压端流体导入孔、高压端装配螺纹、低压端流体导入孔、低压端装配螺纹和保护筒装配螺纹组成；所述的硬芯膜片是由弹性材料通过精密机械加工而成的，一侧为平面，另一侧为硬芯，即为光纤膜片固定处，用于固定所述的光纤光栅一端的尾纤，而膜片的周边通过现有技术密封固定在所述的基座上所述的膜片装配孔上；所述的保护筒与所述的基座之间形成的腔体为承压腔，而所述的硬芯膜片将该承压腔分为两部分，所述的硬芯膜片与所述的保护筒之间的腔体为高压端承压腔，而所述的硬芯膜片与所述的基座之间的腔体为低压端承压腔；所述的光纤光栅一端的尾纤固定在所述的硬芯膜片上的光纤膜片固定处，另一端的尾纤固定在所述的光纤固定基座上的光纤固定基座固定处，所述的光纤光栅固定时处于张紧状态，其预拉伸量可以根据需要调整。

本发明的基本工作原理是：待测压差发生变化时，即所述的高压端承压腔与所述的低压端承压腔所受的压强差发生变化时，引起所述的硬芯膜片上硬芯处发生微位移，使所述的光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅的中心反射波长的移动量，即可检测到待测压差的变化信息。

本发明所述的这种新型光纤流体差压计制作的基本操作步骤如下：1)将所述的硬芯膜片的周边利用现有技术固定在所述的基座上所述的膜片装配孔上，并进行密封测试；2)将所述的光纤固定基座通过电焊、氩弧焊、激光焊接等现有技术固定在所述的基座的相应位置上；3)将所述的光纤光栅一端尾纤利用胶粘、激光焊接等现有技术固定在所述的光纤膜片固定处；4)经预拉伸后，将所述的光纤光栅另一端的尾纤利用现有技术固定在光纤固定基座上的光纤固定基座固定处；5)所述的保护筒和所述的基座通过装配螺纹装配在一起，并做好密封措施；6)所述的尾纤由所述的铠装光缆保护，利用密封胶将所述的铠装光缆的一端固定在所述的保护筒上，并进行密封。

作为对本发明的改进，所述的硬芯膜片的材质可以为不锈钢、或者青铜、或者其它良好的弹性材料的一种。

作为对本发明的改进，所述的硬芯膜片可以是平膜片、或者波纹膜片、或者波纹管、或者膜盒的一种。

作为对本发明的改进，所述的光纤光栅，可以由光纤F-P腔、或者钢弦替代。

作为对本发明的改进，通过改变所述的硬芯膜片的尺寸参数、材料参数可以实现光纤流体差压计的灵敏系数的调整。

作为对本发明的改进，通过向所述的高压端承压腔和所述的低压端承压腔填充硅油可以起到保护所述的硬芯膜片和所述的光纤光栅免受待测流体腐蚀的作用。

本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明将硬芯膜片和光纤光栅有机结合在一起，由硬芯膜片将压差的变化转换为硬芯膜片中心硬芯的微位移，而由光纤光栅来感应硬芯膜片的中心硬芯的微位移，进而实现压差的测量。这样，压差测量现场无电信号，不受电磁干扰的影响，本质安全，可以在强电磁干扰、易燃易爆、雷击几率较大的区域安全应用。

附图说明：

图1是本发明所述的这种新型光纤流体差压计的结构示意图。

图中，1-保护筒；2-光纤固定基座；3-光纤光栅；4-硬芯膜片；5-基座；6-光纤膜片固定处；7-光纤固定基座固定处；8-尾纤；9-密封胶；10-铠装光缆。

图2是基座的结构示意图

图中，5.1-膜片装配孔；5.2-高压端流体导入孔；5.3-高压端装配螺纹；5.4-低压端装配螺纹；5.5-低压端流体导入孔；5.6-保护筒装配螺纹。

具体实施方式：

实施例1：

下面结合附图1和附图2对本发明的具体实施作详细说明：

如附图1所示，本发明所述的这种新型光纤流体差压计，由一个保护筒1、一个光纤固定基座2、一个光纤光栅3、一个硬芯膜片4、一个基座5、一个尾纤8和一个铠装光缆10组成。其中，所述的基座5是由金属材料通过精密机械加工而成的，由膜片装配孔5.1、高压端流体导入孔5.2、高压端装配螺纹5.3、低压端流体导入孔5.5、低压端装配螺纹5.4和保护筒装配螺纹5.6组成，如附图2所示；所述的硬芯膜片4是由弹性材料通过精密机械加工而成的，一侧为平面，另一侧为硬芯，即为所述的光纤膜片固定处6，用于固定所述的光纤光栅3一端的尾纤，而膜片的周边通过现有技术密封固定在所述的基座5上所述的膜片装配孔5.1上；所述的保护筒1与所述的基座5通过螺纹密封连接在一起，两者之间形成的腔体为本传感器的承压腔，而所述的硬芯膜片4将该承压腔分为两部分，所述的硬芯膜片4与所述的保护筒1之间的腔体为高压端承压腔，而所述的硬芯膜片4与所述的基座5之间的腔体为低压端承压腔；所述的光纤光栅3一端的尾纤固定在所述的硬芯膜片4上的光纤膜片固定处6，经预拉后，另一端的尾纤固定在所述的光纤固定基座2上的光纤固定基座固定处7，所述的光纤光栅3的预拉伸量可以根据需要调整。

具体地，本实施例的制作过程是：

1)将所述的硬芯膜片4的周边利用现有技术固定在所述的基座5上的所述的膜片装配孔5.1上，并进行密封测试；

2)将所述的光纤固定基座2通过电焊、氩弧焊、激光焊接等现有技术牢靠固定在所述的基座5的相应位置上；

3)将所述的光纤光栅3一端尾纤利用胶粘、激光焊接等现有技术固定在所述的光纤膜片固定处6；

4)经预拉伸后，将所述的光纤光栅3另一端的尾纤利用现有技术固定在所述的光纤固定基座2上的所述的光纤固定基座固定处7，所述的光纤光栅3的拉伸量根据需要调整；

5)所述的保护筒1和所述的基座5通过装配螺纹装配在一起，并做好密封措施；

6)所述的尾纤8由所述的铠装光缆10保护，利用所述的密封胶9将所述的铠装光缆10的一端固定在所述的保护筒1上，并做好密封措施。

本发明的实施例1的工作过程是：将本发明所述的这种新型光纤流体差压计通过所述的基座5上的所述的高压端装配螺纹5.3和所述的低压端装配螺纹5.4分别与两路外界流体压力通过导压管连接在一起，然后，通过所述的高压端流体导入孔5.2和所述的高压端流体导入孔5.5分别将外界流体压力导入到高压端承压腔和低压端承压腔，这样，当两路外界流体压力存在压差变化时，即所述的硬芯膜片4两侧的压强差发生变化，引起所述的硬芯膜片4上中心硬芯处发生微位移，使所述的光纤光栅3受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅3的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅3的中心反射波长的移动量，即可检测到两路待测外界流体压力压差的变化信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例之一，并不用以限制本发明，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型光纤流体差压计，由保护筒、光纤固定基座、光纤光栅、硬芯膜片、基座、尾纤和铠装光缆构成，其特征在于：

所述的基座由膜片装配孔、高压端流体导入孔、高压端装配螺纹、低压端流体导入孔、低压端装配螺纹和保护筒装配螺纹组成；

所述的硬芯膜片一侧为平面，另一侧为硬芯，即为光纤膜片固定处，用于固定所述的光纤光栅一端的尾纤，而膜片的周边通过现有技术密封固定在所述的基座上所述的膜片装配孔上；

所述的保护筒与所述的基座之间形成的腔体为承压腔，而所述的硬芯膜片将该承压腔分为两部分，所述的硬芯膜片与所述的保护筒之间的腔体为高压端承压腔，而所述的硬芯膜片与所述的基座之间的腔体为低压端承压腔；

所述的光纤光栅一端的尾纤固定在所述的硬芯膜片上的光纤膜片固定处，经预拉后，另一端的尾纤固定在所述的光纤固定基座上的光纤固定基座固定处；

所述的尾纤由所述的铠装光缆保护，利用密封胶将所述的铠装光缆的一端固定在所述的保护筒上，并进行密封；

这样，待测压差发生变化时，即所述的硬芯膜片两侧的压强差发生变化，引起硬芯处发生微位移，使所述的光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅的中心反射波长的移动量，即可检测到待测压差的变化信息。

2.如权利要求1所述的新型光纤流体差压计，其进一步特征在于：所述的硬芯膜片可以是平膜片、或者波纹膜片、或者波纹管、或者膜盒的一种。

3.如权利要求1所述的新型光纤流体差压计，其进一步特征在于：所述的光纤光栅，可以由光纤F-P腔、或者钢弦替代。

4.如权利要求1所述的新型光纤流体差压计，其进一步特征在于：通过改变所述的硬芯膜片的尺寸参数、材料参数可以实现光纤流体差压计的灵敏系数的调整。