CN103134632A

CN103134632A - 一种光纤光栅压力传感器

Info

Publication number: CN103134632A
Application number: CN 201310033789
Authority: CN
Inventors: 陈庆根; 王云鹏; 罗宗胜
Original assignee: JPHOTONICS Inc
Current assignee: JPHOTONICS Inc
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明涉及一种光纤光栅压力传感器。光纤光栅压力传感器包括感压壳体、壳体、固定结构、保护装置、密封接口、光纤光栅、密封圈、导杆和铠装护套。感压壳体与壳体螺纹连接；感压壳体中的弹性膜片一侧感压，另一侧圆心处有凹槽，与固定光纤光栅的导杆一端螺纹连接或胶水连接，弹性膜片和感压壳体为一体性结构；具有中空结构的壳体另一端通过内螺纹与固定光纤光栅另一端的固定结构连接，通过外螺纹与保护装置螺纹连接；保护装置中有穿过光纤光栅的圆孔，其另一端与密封接口螺纹连接；穿过光纤光栅的密封接口另一端与铠装护套连接；螺纹连接处皆有密封圈增强密封。本发明具有结构简单，测量准确的优点。

Description

一种光纤光栅压力传感器

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤光栅压力传感器。

背景技术

目前，在油井、储油罐等压力测量中，比较常用的是电子类传感器，这种方法是将压力通过压敏元件转化为电相关量的变化，然后将电信号经放大、滤波等电路处理，通过监测电信号即可得到相应的压力值。电子传感器在工作时容易产生放电现象，引起事故。再者由于监测环境复杂恶劣，电磁干扰、雷击等对电信号的干扰比较强，影响测量精度，甚至破坏传感器。传统的电类传感器引线比较复杂，多点测量时布线复杂且繁琐，增加操作难度和施工难度。近年来，光纤光栅压力传感器因其具有光纤传感器的传统有点，如抗电磁干扰、集传感与传输于一体、构造简单等优点，已广泛应用于油井，储油罐等的压力监测的领域。

近年来，光纤光栅压力传感器层出不穷。如中国实用新型专利公告号为CN2938032Y提供的方案中，将弹性膜固定于两个构件之中，在弹性膜上装有导杆，经导杆将弹性膜上的压力传递给悬臂梁，最后引起贴在悬臂梁上的光纤光栅波长漂移，从而监测压力的变化。由于膜被固定在两个构件之中，在压力较大时，密封性将成为一个致命的问题，另外，压力的变化是通过导杆传递给悬臂梁，这就存在力的传递问题，容易引起测量误差。本发明将弹性膜和壳体做成一体性结构，将压力直接传递给光纤光栅，可实现大压力的测量，提高了测量精度。

发明内容

本发明目的就是为了克服现有技术中光纤光栅压力传感器结构复杂测量范围小的问题，提供了一种基于弹性膜和壳体为一体性结构的光纤光栅渗压计。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案：

光纤光栅压力传感器包括感压壳体、壳体、固定结构、保护装置、密封接口、光纤光栅、密封圈、导杆和铠装护套。

感压壳体与壳体螺纹连接；感压壳体中有弹性膜，弹性膜和感压壳体为一体性结构，弹性膜一侧感压，另一侧固定光纤光栅，固定光纤光栅的方式有三种方式：或将弹性膜圆心处设计成凹槽，与固定光纤光栅的导杆一端螺纹连接或胶水连接；或将弹性膜圆心设计有穿过光纤的小孔，环氧胶水或玻璃焊料密封小孔，同时固定光纤光栅一端；或设计有底座的导杆、或L型导杆一端与弹性膜圆心处胶水连接或点焊连接，另一端与光纤光栅一端连接；具有中空结构的壳体另一端通过内螺纹与固定光纤光栅另一端的固定结构连接，通过外螺纹与保护装置螺纹连接；保护装置中有穿过光纤光栅的圆孔，其另一端与密封接口螺纹连接；穿过光纤光栅的密封接口另一端与铠装护套连接；光纤光栅两端利用环氧胶水或玻璃焊料固定；螺纹连接处皆有密封圈增强密封。感压壳体、壳体、光纤光栅、保护装置、密封圈、固定结构、密封接口和铠装护套构成光纤光栅渗压计。当外界压力改变时，引起弹性膜中心挠度变化，引起光纤光栅波长漂移，因而可以根据波长漂移量反求压力变化。根据理论推导，在外界压力作用下，弹性膜的中心挠度与弹性膜半径的四次方成正比，与弹性膜厚度的三次方成反比，因而该传感器的测量范围可通过改变弹性膜的厚度和半径来调节。本发明所具有的有益效果为：

1、弹性膜与感压壳体为一体性结构，这样就很好地解决了密封问题。

2、弹性膜的挠度变化直接传递给光纤光栅，测量准确。

附图说明

图1为本发明的装置示意图。

图2为弹性膜圆心处有小孔的示意图。

图3为L型导杆示意图。

图4为有底座导杆的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例，使本发明的优点变得更加清楚和容易理解。

如图1所示，光纤光栅渗压计包括感压壳体1、壳体2、固定结构3、保护装置4、密封接口5、光纤光栅6、密封圈7、导杆8、和铠装护套9。感压壳体1与壳体2螺纹连接；感压壳体1中的弹性膜一侧感压，另一侧圆心处有凹槽，与固定光纤光栅6的导杆8一端螺纹连接或胶水连接，弹性膜和感压壳体1为一体性结构；具有中空结构的壳体2另一端通过内螺纹与固定光纤光栅6另一端的固定结构3连接，通过外螺纹与保护装置4螺纹连接；保护装置4中有穿过光纤光栅6的圆孔，其另一端与密封接口5螺纹连接；穿过光纤光栅6的密封接口5另一端与铠装护套9连接；螺纹连接处皆有密封圈7增强密封。感压壳体1、壳体2、固定结构3、保护装置4、密封接口5、光纤光栅6、密封圈7、导杆8和铠装护套9构成光纤光栅渗压计。本实施方式的工作方式为：压力作用于壳体1中的弹性膜，引起弹性膜中心挠度变化，预张拉后的光纤光栅6的波长将会发生漂移，压力不同，波长漂移量也将不同，所以测出光纤光栅6的波长漂移量即可求得压力大小。该装置能够实现压力测量的关键因素为：

1、将弹性膜与感压壳体设计为一体性结构，解决了弹性膜与感压壳体的密封问题。

2、弹性膜的挠度变化直接传递给光纤光栅，不需要中间结构的传递，测量准确，误差小。

3、装置中的各个螺纹连接处增加了密封圈密封，使光纤光栅完全密封，测量准确，有利于延长光纤光栅的使用寿命。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应该权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种光纤光栅压力传感器，其包括感压壳体、壳体、固定结构、保护装置、密封接口、光纤光栅、密封圈、导杆和铠装护套，其特征在于：

感压壳体与壳体螺纹连接；感压壳体中有弹性膜，弹性膜和感压壳体为一体性结构，弹性膜一侧感压，另一侧固定光纤光栅，固定光纤光栅的方式有三种方式：或将弹性膜圆心处设计成凹槽，与固定光纤光栅的导杆一端螺纹连接或胶水连接；或将弹性膜圆心设计有穿过光纤的小孔，环氧胶水或玻璃焊料密封小孔，同时固定光纤光栅一端；或设计有底座的导杆、或L型导杆一端与弹性膜圆心处胶水连接或点焊连接，另一端与光纤光栅一端连接；具有中空结构的壳体另一端通过内螺纹与固定光纤光栅另一端的固定结构连接，通过外螺纹与保护装置螺纹连接；保护装置中有穿过光纤光栅的圆孔，其另一端与密封接口螺纹连接；穿过光纤光栅的密封接口另一端与铠装护套连接；光纤光栅两端利用环氧胶水或玻璃焊料固定；螺纹连接处皆有密封圈增强密封。感压壳体、壳体、光纤光栅、保护装置、密封圈、固定结构、密封接口和铠装护套构成光纤光栅压力传感器。

2.如权利要求1所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征是弹性膜和感压壳体为一体性结构。

3.如权利要求1所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征是弹性膜的一侧圆心处有连接导杆的凹槽。

4.如权利要求1所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征是弹性膜有穿过光纤光栅的小孔，小孔被环氧胶或玻璃焊料密封。

5.如权利要求1所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征是有底座的导杆、或L型导杆一端固定于弹性膜圆心处，另一端固定光纤光栅。

6.如权利要求1所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征是光纤光栅两端用环氧胶或玻璃焊料固定。

7.如权利要求1所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征是密封圈的材料可以采用金属或橡胶。

8.如权利要求1所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征是壳体的材料可以是不锈钢或其他合金材料。