CN102879149A - 一种光纤fp式冲击波压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤FP式冲击波压力传感器，包括膜片、壳体以及光纤，膜片与壳体前端固定后形成传感器的感压面，壳体空腔内设置陶瓷插芯、尾柄、压紧螺帽以及导向定位杆，光纤胶结固化于陶瓷插芯及尾柄中，陶瓷插芯后端固定在尾柄的前端，陶瓷插芯前端位于膜片的下部，两者之间形成一空腔，光纤伸出陶瓷插芯，前端位于空腔内，使光纤和膜片的下表面形成法布里—泊罗腔；尾柄后端位于导向定位杆内，并由压紧螺帽和导向定位杆前端固定，导向定位杆和壳体固定，光纤由导向定位杆后端引出。本发明的传感器结构坚固，耐强冲击振动、不受电磁及光干扰、抗热辐射能力强，适合于爆炸等恶劣环境下使用，同时传感器制作方便快捷、可靠性好。

Description

一种光纤FP式冲击波压力传感器

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤FP式冲击波压力传感器。

背景技术

爆炸冲击波可以毁伤人员、装备、设施以及民用建筑等各种目标，是对防护结构产生破坏效应的重要因素之一，爆炸产生的冲击波压力特征参数是评价炸药威力和武器爆炸毁伤效应的一个主要手段，研究有效减小爆炸冲击波毁伤的防护材料和结构、制定爆炸发生以后的安全对策以及应急与救援措施是国防、人防和城市建设以及当前防恐领域需要解决的问题。因此冲击波压力测试在工程领域特别是军工领域有着广泛的应用，冲击波压力准确测量对国防事业及国民经济建设具有重要的意义。

爆炸冲击波是含能材料爆炸时在爆炸中心周围的介质中产生的压力突跃，通常伴随高温、发光、真空和电离等现象。爆炸冲击波上升时间极快、历时短，要求测量冲击波压力的传感器具有很宽的频带宽度(共振频率要高)、极短的上升时间、坚固的机械强度和准确稳定的性能。同时，爆炸过程产生光电辐射及高频电磁波等干扰信号，要求传感器还具有良好的抗光干扰和电磁干扰能力。

常用的爆炸冲击波测量传感器主要有应变式、压阻式、压电式等，应变式压力传感器的固有频率较低，只适于上升时间为毫秒级的压力测试，在爆炸冲击波测试中不宜使用；压阻式压力传感器由于具有响应快、灵敏度高、稳定性好、结构小巧等特点，常常用来测量爆炸冲击波的压力参数。但压阻式压力传感器是一种半导体器件，它也是光的敏感元件，爆炸伴随的强光会影响传感器元件，通常将此影响称为传感器的瞬态光效应。光效应会造成测量数据的正负向截幅、测量结果不真实，会导致测量数据失效。压阻式传感器对温度很敏感，爆炸伴随的高温会使传感器产生的很大的温度输出，同时压阻式传感器也会受到电磁干扰的影响。以石英晶体等压电材料制成的压电式压力传感器和电荷放大器组成的冲击波测试系统，是目前冲击波测量较好的系统，但压电式传感器对电磁干扰信号极为敏感，爆炸电磁脉冲会严重干扰冲击波压力信号的测量。

光纤传感器是20世纪后半期的重大发明之一，是一种新兴的光学技术，已成为光电子学的一个崭新的领域。光纤传感器具有体积小、精度高、耐腐蚀性强、电绝缘、抗电磁干扰及耐久性好等优良特性，特别适合于恶劣环境下物理量的测量，同时光纤传感器集传感和信息传输于一体，传输损耗小，适合于远距离检测。光纤传感器的种类很多，F-P光纤传感器和布拉格光栅（FBG）传感器是目前研究的热点，其中F-P光纤传感器作为一种点式传感器，主要用来测量混凝土等结构的局部应力。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤式冲击波压力传感器，其制作方便快捷、成本低，同时能够保证精度和提高可靠性。

本发明的目的可采用如下技术方案来实现：所述的光纤式冲击波压力传感器，包括膜片、壳体以及光纤，膜片与壳体前端固定后形成传感器的感压面，壳体空腔内设置陶瓷插芯、尾柄、压紧螺帽以及导向定位杆，光纤胶结固化于陶瓷插芯及尾柄中，陶瓷插芯后端固定在尾柄的前端，陶瓷插芯前端位于膜片的下部，两者之间形成一空腔，光纤伸出陶瓷插芯，前端位于空腔内，使光纤和膜片的下表面形成法布里—泊罗腔（F-P腔）；尾柄后端位于导向定位杆内，并由压紧螺帽和导向定位杆前端固定，导向定位杆和壳体固定，光纤由导向定位杆后端引出。

本发明所述的膜片与壳体之间通过激光焊接固定。

本发明所述的膜片与光纤相对的一面具有一凹腔。

本发明所述的光纤的后部设置光纤护套，光纤护套通过光纤护套固定螺帽固定在导向定位杆的后端。

本发明所述的壳体上设置有焊孔，导向定位杆在焊孔处和壳体通过焊接固定。

本发明的有益效果如下：

本发明由光纤上端面和感压膜片的下表面形成F-P腔，光经过光纤直接进入F-P腔，无其它介质对光路产生影响；传感器的膜片和壳体采用不锈钢材料经精加工而成，并采用激光焊接固定，使制作出的传感器结构坚固，耐强冲击振动、不受电磁及光干扰、抗热辐射能力强，与硅片式压力传感器相比，更适合于爆炸等恶劣环境下使用；本发明制作方便快捷、可有效降低成本，同时能够保证精度和提高可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为F-P腔长观测光路示意图。

图3为传感器的反射光谱图。

图中：1、膜片，2、光纤，3、壳体，4、陶瓷插芯，5、压紧螺帽，6、尾柄，7、导向定位杆，8、焊接点，9光纤包层、，10、光纤护套，11、光纤护套固定螺帽，12、压力传感器，13、耦合器，14、光谱分析仪，15、宽带光源。

具体实施方式

结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如附图1所示：所述的光纤式冲击波压力传感器，包括膜片1、壳体3以及光纤2，膜片1与壳体3前端通过激光焊接固定后形成传感器的感压面，壳体3空腔内设置陶瓷插芯4、尾柄6、压紧螺帽5以及导向定位杆7，光纤2胶结固化于陶瓷插芯4及尾柄6中，陶瓷插芯4后端固定在尾柄6的前端，陶瓷插芯4前端位于膜片1的下部，两者之间形成一空腔，光纤2伸出陶瓷插芯4，前端位于空腔内，使光纤和膜片的下表面形成法布里—泊罗腔（F-P腔）；尾柄6后端位于导向定位杆7内，并由压紧螺帽5和导向定位杆7前端固定，导向定位杆7和壳体3之间在孔8处通过焊接固定。

光纤2由导向定位杆7后端引出。所述的膜片与光纤相对的一面具有一凹腔。所述的光纤的后部设置光纤护套，光纤护套光纤护套固定螺帽固定在导向定位杆的后端。

本发明公布光纤F-P式冲击波压力传感器的制作方法，其加工工艺步骤如下：

(a) 按照设计尺寸和公差要求加工膜片1、壳体3、压紧螺帽5、导向定位杆7等，其中膜片1中的感压膜片厚度和直径根据传感器的量程大小而定；

(b) 膜片1中的感压膜片下表面作为光的反射面，因此需采取特殊工艺加工以保证其光洁度；

(c) 将膜片1装配于壳体3中，并采用激光焊接法将接缝焊接；

(d) 将带护套的光纤剥去适当长度后，用光纤切割刀将光纤切断，光纤切割时应保证切割角度小于0.5o；

(e)将切好的光纤通过尾柄6穿入陶瓷插芯4中，并注入环氧胶加热固化；

(f) 将陶瓷插芯4及尾柄6和与其固化好的光纤2装配于导向定位杆7中，并由压紧螺帽5压紧固定；

(g) 将导向定位杆7与光纤2的组合体装于壳体3中，然后置于光纤调整架上；

(h) 由光纤调整架通过导向定位杆7调整光纤2和膜片1的下表面之间的距离，通过图2所示的光路由光谱分析仪14反射光的光谱曲线，当显示为如图3所示的3～4个正弦光谱图时，说明光纤2和膜片1的下表面之间形成的F-P腔长合适，停止调节；

(i) 在焊孔8处通过激光焊接使导向定位杆7与壳体3固定；

(j) 由固定螺帽11将光纤护套10固定，完成光纤F-P式冲击波压力传感器的制作。

Claims (5)

1.一种光纤FP式冲击波压力传感器，其特征是：包括膜片（1）、壳体（3）以及光纤（2），膜片（1）与壳体（3）前端固定后形成传感器的感压面，壳体空腔内设置陶瓷插芯（4）、尾柄（6）、压紧螺帽（5）以及导向定位杆（7），光纤（2）胶结固化于陶瓷插芯（4）及尾柄（6）中，陶瓷插芯（4）后端固定在尾柄（6）的前端，陶瓷插芯（4）前端位于膜片（1）的下部，两者之间形成一空腔，光纤（2）伸出陶瓷插芯（4），前端位于空腔内，使光纤和膜片的下表面形成法布里—泊罗腔；尾柄（6）后端位于导向定位杆（7）内，并由压紧螺帽（5）和导向定位杆（7）前端固定，导向定位杆（7）和壳体（3）固定，光纤（2）由导向定位杆（7）后端引出。

2.根据权利要求1所述的光纤FP式冲击波压力传感器，其特征是：所述的膜片（1）与壳体（3）之间通过激光焊接固定。

3.根据权利要求1所述的光纤FP式冲击波压力传感器，其特征是：所述的膜片（1）与光纤相对的一面具有一凹腔。

4.根据权利要求1所述的光纤FP式冲击波压力传感器，其特征是：所述的光纤的后部设置光纤护套（10），光纤护套（10）通过光纤护套固定螺帽（11）固定在导向定位杆（7）的后端。

5.根据权利要求1所述的光纤FP式冲击波压力传感器，其特征是：所述的壳体上设置有焊孔（8），导向定位杆（7）在焊孔处和壳体通过焊接固定。

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