CN103698080A - 一种光纤f-p腔式动高压传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤F-P腔式动高压传感器,它由膜片体、上陶瓷插芯、支撑圆柱、安装壳体、下陶瓷插芯、插芯固定帽、导向定位杆、光纤、保护套和固定接头。膜片体与安装壳体前端固定后形成传感器的感压面,上陶瓷插芯置于支撑圆柱内,两者的上端面平齐并与膜片体紧密接触,支撑圆柱的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面,下陶瓷插芯(带尾纤)通过插芯固定帽与导向定位杆固定在一起装入安装壳体,上陶瓷插芯的下端面与下陶瓷插芯的上端面之间即形成F-P腔,在安装壳体的下部旋入保护套,带有光纤护套的光纤通过固定接头固定于保护套下端。本发明结构简单,制作方便快捷,成本低。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域,特别是涉及一种大量程的基于光纤F-P腔的高压力高频响传感器。
背景技术
从20世纪70年代起,伴随着低损耗光纤的诞生和光纤通信技术的迅猛发展,光纤传感技术逐步发展成为世界各国竞相研究的高新技术之一。光纤传感器以光波作为信息载体,以光纤作为信息的传输介质,对被测参量进行传感测量。正是由于光纤传感器与传统的电子学传感器在信息载体、传输介质上的差别,决定了光纤传感器具有传统电子学传感器无法比拟的优势:1)光纤传感器是无源器件,电绝缘性好,抗电磁干扰同时又不产生电磁干扰,耐高压,耐腐蚀,不会产生火花、高温、漏电等不安全因素,在易燃易爆等恶劣环境下使用安全可靠;2)光纤极细而柔软,可制成非常小巧的光纤传感器用于特殊对象及场合的参数测量;3)光纤传感器可以串/并联复用,更重要的是还可以进行分布式传感测量,容易形成传感器网络或者阵列;4)光纤传感器可以埋入复合材料或结构中来实现材料、结构内部应变分布的实时监测,即制成光纤智能材料和结构;5)光纤传输光波损耗小,可以不受任何电磁干扰地实现远距离测量和控制。但目前能够直接用于恶劣环境下(如高温、高压、强电磁干扰等)动态高压测量的光纤传感器很少,如军工生产和战略战术武器研制领域的爆炸冲击波压力测量等。
在众多的光纤传感器中,光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器是一个重要的分支。这是因为光纤F-P传感器以光纤F-P腔作为敏感元件,采用单根光纤、利用多束光干涉来检测被测量,属于相位调制型传感器。因此光纤F-P传感器具有结构简单、体积小、高可靠性、高灵敏度、快时间响应、单光纤信号传输等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤F-P腔式动高压传感器,利用光纤F-P腔的优势制作一种结构简单、成本低的大量程、高压力、高频响光纤压力传感器。
为了实现上述技术目的,本发明的技术方案是,所述的光纤F-P腔式动高压传感器,包括膜片体、上陶瓷插芯、支撑圆柱、安装壳体、下陶瓷插芯、插芯固定帽、导向定位杆、光纤、保护套和固定接头,膜片体固定在安装壳体前端后形成传感器的感压面,上陶瓷插芯位于支撑圆柱内,两者的上端面平齐并与膜片体紧密接触,支撑圆柱的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面,下陶瓷插芯(带尾纤)通过插芯固定帽与导向定位杆固定在一起装入安装壳体内,上陶瓷插芯的下端面与下陶瓷插芯的上端面之间即形成F-P腔,保护套固定在安装壳体的下部,带有光纤护套的光纤通过固定接头固定于保护套下端。
所述的上陶瓷插芯下端面镀制了反射率约为35%的介质膜。
所述的下陶瓷插芯上端面镀制了反射率约为6%的介质膜。
所述的光纤是单模光纤。
所述的膜片体具有一凹腔,凹腔的底部与支撑柱上端面直接接触,凹腔的外表面刻有螺纹。
本发明的技术效果在于,两个陶瓷插芯的端面之间形成F-P腔,外界压力作用在感压膜片体上导致膜片体变形,进而压迫支撑圆柱变形,带动上陶瓷插芯运动,而下陶瓷插芯固定不动,即F-P腔长发生变化,通过这样的压力与腔长转换使得传感器的量程大,同时膜片体的尺寸较小,有助于感压膜片获得高固有频率,传感器的频响高;光波注入F-P腔和反射回光都经由同一光纤,光波被限制在光纤内,光路不受其他因素影响,使得传感器抗干扰能力强,性能稳定,且传感器作为单端器件,使用时连接方便;传感器的膜片体和安装壳体采用不锈钢材料经精加工而成,并采用耐高温、高强度的胶粘和螺纹连接,使制作出的传感器结构坚固,耐高温、耐强冲击振动,非常适合于爆炸等恶劣环境下使用。本发明结构简单,制作方便快捷,成本低,同时能够保证测量精度和可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为光纤F-P腔的反射光谱测量光路示意图。
图3为典型的光纤F-P腔式压力传感器反射光谱图。
图中:1、膜片体,2、上陶瓷插芯,3、支撑圆柱,4、安装壳体,5、下陶瓷插芯,6、插芯固定帽,7、导向定位杆,8、光纤,9、保护套,10为固定接头,11、宽带光源,12、三端口光纤环行器,13、待测光纤F-P腔,14、光谱分析仪。
具体实施方式
附图,说明本发明的具体实施例。
如图1所示:本发明由膜片体1,上陶瓷插芯2,支撑圆柱3,安装壳体4,下陶瓷插芯5,插芯固定帽6,导向定位杆7,光纤8,保护套9,固定接头10组成。膜片体1与安装壳体4前端固定后形成传感器的感压面,上陶瓷插芯2置于支撑圆柱3内,两者的上端面平齐并与膜片体1紧密接触,支撑圆柱3的下端面与安装壳体4之间采用圆锥式接触面,下陶瓷插芯5(带尾纤)通过插芯固定帽6与导向定位杆7固定在一起,由下至上插入安装壳体4,上陶瓷插芯2的下端面与下陶瓷插芯5的上端面之间即形成F-P腔,在安装壳体4的下部旋入保护套9,带有光纤护套的光纤8通过固定接头10固定于保护套9下端。两个陶瓷插芯的端面之间即形成F-P腔,外界压力作用在感压膜片体上导致膜片体变形,进而压迫支撑圆柱变形,带动上陶瓷插芯运动,而下陶瓷插芯固定不动,即F-P腔长发生变化,通过检测F-P腔长的变化即可实现压力的测量。
本发明公布该光纤F-P腔式动高压传感器的制作方法,其加工工艺步骤如下:
(a) 根据设计要求定制镀膜的陶瓷插芯,上陶瓷插芯2镀制反射率约35%的介质膜,下陶瓷插芯5镀制反射率约6%的介质膜,
(b) 按照设计尺寸和公差要求加工膜片体1、支撑圆柱3、安装壳体4、导向定位杆7、保护套9等,其中膜片体1中的感压膜片厚度和直径、支撑圆柱3的长度和直径根据传感器的量程大小而定;
(c) 根据支撑圆柱3的长度处理上陶瓷插芯2,将两者通过胶粘固定在一起,保证两者的上端面平齐;
(d) 将处理好的支撑圆柱3放入安装壳体4,直到支撑圆柱3的圆锥形下端面与安装壳体4的圆锥形端面接触;
(e) 将膜片体1外部螺纹涂抹高强度结构胶后,缓慢旋入安装壳体4前端,直到膜片体1的凹腔底部紧密接触支撑圆柱3的上表面为止;
(f) 将插芯固定帽6的外面涂上适量快干胶,迅速将下陶瓷插芯5(带尾纤,即光纤8)和导向定位杆7连接固定;
(g) 在导向定位杆7的外面涂抹适量的圆柱形固封胶,并由下至上穿入组装好的安装壳体4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调整下陶瓷插芯5的上端面和上陶瓷插芯2下端面之间的距离,通过图2所示的光纤F-P腔的反射光谱测量光路包括宽带光源11、三端口光纤环行器12、待测光纤F-P腔13,光路由光谱分析仪14测得F-P腔的反射光谱,当显示为如图3所示的3~4个正弦光谱图时,说明两陶瓷插芯端面之间形成的F-P腔长度合适,停止调节;
(i) 待胶固化后,从光纤调整架上取下通过以上步骤组装好的光纤F-P腔,在安装壳体4下端的外表面螺纹上涂上适量的高强度固化胶,将保护套9穿过光纤8缓缓旋入安装壳体4的下端,拧紧固定;
(j) 将固定接头10穿过光纤8,直到接触保护套9的下表面时,在固定接头10的内表面和外表面螺纹处都涂上适量的高强度结构胶,然后旋入安装导向定位杆7底部,完成对光纤8的固定;
(k) 等待高强度结构胶固化之后,即完成了光纤F-P腔式动高压传感器的制作。
虽然参照上述实施例详细描述了本发明,但是应该理解本发明并不限于所公开的实施例。
Claims (5)
1.一种光纤F-P腔式动高压传感器,其特征在于,包括膜片体(1)、上陶瓷插芯(2)、支撑圆柱(3)、安装壳体(4)、下陶瓷插芯(5)、插芯固定帽(6)、导向定位杆(7)、光纤(8)、保护套(9)和固定接头(10),膜片体(1)固定在安装壳体前端(4)后形成传感器的感压面,上陶瓷插芯(2)位于支撑圆柱(3)内,两者的上端面平齐并与膜片体紧密接触,支撑圆柱(3)的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面,下陶瓷插芯(5)通过插芯固定帽(6)与导向定位杆(7)固定在一起装入安装壳体(4)内,上陶瓷插芯(2)的下端面与下陶瓷插芯(5)的上端面之间即形成F-P腔,保护套(9)固定在安装壳体(4)的下部,带有光纤护套的光纤(8)通过固定接头(10)固定于保护套(9)下端。
2.根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔式动高压传感器,其特征在于,所述的上陶瓷插芯(2)下端面镀制了反射率约为35%的介质膜。
3.根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔式动高压传感器,其特征在于,所述的下陶瓷插芯(5)上端面镀制了反射率约为6%的介质膜。
4.根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔式动高压传感器,其特征在于,所述的光纤(8)是单模光纤。
5.根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔式动高压传感器,其特征在于,所述的膜片体(1)具有一凹腔,凹腔的底部与支撑圆柱(3)上端面直接接触,凹腔的外表面刻有螺纹。
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