CN107314841A - 一种膜片式光纤法布里‑珀罗压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膜片式光纤法布里‑珀罗压力传感器，包括壳体和光纤，壳体外部固定安装有弹性膜片和出纤保护接头，壳体内部设有第一插芯紧固件、第二插芯紧固件、第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯和具有一定弹性的套筒，第一插芯紧固件和第二插芯紧固件分别将第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯定位固定，弹性膜片外表面形成感压面、内表面与第一插芯紧固件紧密接触，第二插芯紧固件固定安装，套筒套在第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯上使两者对准并且两端分别被两者定位，光纤依次固定并穿过第二陶瓷插芯、第二插芯紧固件和出纤保护接头，第一陶瓷插芯的对准端端面和光纤端面之间形成法布里‑珀罗腔。该传感器量程较大，成本低，精度高。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感器领域，具体涉及一种膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器。
背景技术
最近几年，光纤传感技术得到了迅猛的发展，成为当下比较热门的高新技术之一。光纤传感技术由于与传统的电子类传感器的传感原理和信号传输介质的不同，所以具有一些传统的电类传感器所没有的优势：1)光纤传感器是无源器件，所以不存在电类传感器的安全隐患，具有抗电磁干扰、安全的特点；2)光纤的重量轻，体积小，所以能制作较小尺寸的光纤传感器，能满足一些有体积重量要求的特殊的运用环境，比如可以埋入混凝土结构内部；3)光纤可以很方便的串接，所以可以实现分布式的测量，可以实现大范围的密集测量；4)光纤传感信号的损耗很小，所以可以实现远距离的信号传输。
膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器是光纤压力传感器的一种，它由膜片和光纤端面形成法布里-珀罗腔，由于膜片上反射的光和光纤端面反射的光存在一定的光程差，所以会形成光的干涉现象。当压力作用于膜片结构时，会让法布里-珀罗腔的腔长发生变化，会引起光的干涉光谱的相位发生变化以实现传感，所以法布里-珀罗传感器属于相位调制型传感器，具有结构简单、方便测量、安全可靠、高频响和单光纤传输信号等优点，但是现有的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器一般量程很低。
发明内容
本发明的目的是提供一种膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，该传感器量程较大，成本低，精度高。
本发明所采用的技术方案是：
一种膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，包括壳体和光纤，壳体外部固定安装有弹性膜片和出纤保护接头，壳体内部设有第一插芯紧固件、第二插芯紧固件、第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯和具有一定弹性的套筒，第一插芯紧固件和第二插芯紧固件分别将第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯定位固定，弹性膜片外表面形成感压面、内表面与第一插芯紧固件紧密接触，第二插芯紧固件固定安装，套筒套在第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯上使两者对准并且两端分别被两者定位，光纤依次固定并穿过第二陶瓷插芯、第二插芯紧固件和出纤保护接头，第一陶瓷插芯的对准端端面和光纤端面之间形成法布里-珀罗腔。
进一步地，第一陶瓷插芯的对准端端面镀膜，形成法布里-珀罗腔的一端反射面；光纤用光纤切割刀切割后获得光纤端面，形成法布里-珀罗腔的另一端反射面。
进一步地，弹性膜片与壳体螺纹连接并且通过螺纹胶密封。
进一步地，出纤保护接头与壳体螺纹连接并且通过螺纹胶密封。
进一步地，第二插芯紧固件紧密插入壳体的孔中并且通过胶粘固定。
进一步地，光纤穿过第二插芯紧固件的通孔后通过胶粘固定。
进一步地，光纤套上套管后紧密穿过出纤保护接头的通孔。
进一步地，弹性膜片为金属材料。
进一步地，光纤是单模光纤。
本发明的有益效果是：
当压力作用于弹性膜片时，第二陶瓷插芯不动，第一陶瓷插芯和套筒在第一插芯紧固件传导来的压力的作用下发生变形，引起法布里-珀罗腔的腔长发生变化，由于弹性膜片并非法布里-珀罗腔的端面，只是传递压力引起法布里-珀罗腔的腔长变化，始终存在有支撑作用，可以承受较大压力，因此该传感器的量程较大。第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯不仅被第一插芯紧固件和第二插芯紧固件定位，还被套筒实现对准，第一陶瓷插芯的对准端端面和光纤端面之间形成法布里-珀罗腔，不仅制作成本低，还保证了传感器的性能、精度与可靠性，非常适合于膛压测试环境，可对瞬间变化的膛压实现较为准确的测量。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的反射光谱图。
图中：1-弹性膜片；2-第一插芯紧固件；3-第一陶瓷插芯；4-套筒；5-光纤；6-第二陶瓷插芯；7-第二插芯紧固件；8-壳体；9-出纤保护接头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种膜片式光纤5法布里-珀罗压力传感器，包括壳体8和光纤5，壳体8外部固定安装有弹性膜片1和出纤保护接头9，壳体8内部设有第一插芯紧固件2、第二插芯紧固件7、第一陶瓷插芯3、第二陶瓷插芯6和具有一定弹性的套筒4，第一插芯紧固件2和第二插芯紧固件7分别将第一陶瓷插芯3和第二陶瓷插芯6定位固定，弹性膜片1外表面形成感压面、内表面与第一插芯紧固件2紧密接触，第二插芯紧固件7固定安装，套筒4套在第一陶瓷插芯3和第二陶瓷插芯6上使两者对准并且两端分别被两者定位，光纤5依次固定并穿过第二陶瓷插芯6、第二插芯紧固件7和出纤保护接头9，第一陶瓷插芯3的对准端端面和光纤5端面之间形成法布里-珀罗腔。
当压力作用于弹性膜片1时，第二陶瓷插芯6不动，第一陶瓷插芯3和套筒4在第一插芯紧固件2传导来的压力的作用下发生变形，引起法布里-珀罗腔的腔长发生变化，由于弹性膜片1并非法布里-珀罗腔的端面，只是传递压力引起法布里-珀罗腔的腔长变化，始终存在有支撑作用，可以承受较大压力，因此该传感器的量程较大。第一陶瓷插芯3和第二陶瓷插芯6不仅被第一插芯紧固件2和第二插芯紧固件7定位，还被套筒4实现对准，第一陶瓷插芯3的对准端端面和光纤5端面之间形成法布里-珀罗腔，不仅制作成本低，还保证了传感器的性能、精度与可靠性，非常适合于膛压测试环境，可对瞬间变化的膛压实现较为准确的测量。
在本实施例中，第一陶瓷插芯3的对准端端面镀膜，形成法布里-珀罗腔的一端反射面，光纤5用光纤5切割刀切割后获得光纤5端面，形成法布里-珀罗腔的另一端反射面，提高了反射面的反射效果。
在本实施例中，弹性膜片1与壳体8螺纹连接并且通过螺纹胶密封，出纤保护接头9与壳体8螺纹连接并且通过螺纹胶密封，弹性膜片1和出纤保护接头9能承受很大的压力而不失效。
在本实施例中，第二插芯紧固件7紧密插入壳体8的孔中并且通过胶粘固定，光纤5穿过第二插芯紧固件7的通孔后通过胶粘固定，光纤5套上套管后紧密穿过出纤保护接头9的通孔。
在本实施例中，弹性膜片1为金属材料，光纤5是单模光纤5。
本发明实施例加工工艺的步骤为：
1)按照要求定制第一陶瓷插芯3和第二陶瓷插芯6，对第一陶瓷插芯3的对准端端面进行镀膜，镀制的介质膜要满足一定的反射率要求。
2)按照机械图纸要求加工弹性膜片1、第一插芯紧固件2、第二插芯紧固件7、套筒4、壳体8和出纤保护接头9，其中，弹性膜片1的材料和尺寸由传感器的量程来定，套筒4的内径要能满足陶瓷插芯的精准对心，套筒4是弹性材料，也要根据传感器的量程决定其材料和尺寸，壳体8的内孔和外螺纹都要能满足弹性膜片1、第二插芯紧固件7和出纤保护接头9的安装与固定。
3)先用胶将陶瓷插芯与套筒4固定，保证陶瓷插芯的对心准确，然后将光纤5接在光谱仪上，用光纤5切割刀切出一个反射光谱比较强的光纤5端面.
4)等陶瓷插芯与套筒4之间的胶彻底干后，然后将切好的光纤5慢慢插入第二陶瓷插芯6，用光纤5调整架调整光纤5，当光谱仪有了多个比较完美的正弦波形时，用速干胶将光纤5与第二插芯紧固件7固定，然后将整体拿下光纤5调整架。
5)将调好距离的陶瓷插芯与套筒4整体放入壳体8的内部，用胶将第二插芯紧固件7与壳体8固定，并保证轴向方向的垂直。
6)将弹性膜片1上外螺纹和壳体8的内螺纹上面抹上密封胶，将弹性膜片1慢慢的拧进壳体8的上部，只到弹性膜片1的下端面与插芯紧固件上的上端面紧密接触时，然后停止拧动，然后等密封胶彻底干透。
7)将尾纤穿过出纤保护接头9，然后将出纤保护接头9的外螺纹上面和壳体8的内螺纹抹上密封胶，然后将出纤保护接头9拧紧，等密封胶干透。
8)将传感器与光谱仪相连，观察传感器的反射光谱，当反射光谱还是有正常的反射光谱时，即表明完成了光纤法布里-珀罗压力传感器的制作。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于：包括壳体和光纤，壳体外部固定安装有弹性膜片和出纤保护接头，壳体内部设有第一插芯紧固件、第二插芯紧固件、第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯和具有一定弹性的套筒，第一插芯紧固件和第二插芯紧固件分别将第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯定位固定，弹性膜片外表面形成感压面、内表面与第一插芯紧固件紧密接触，第二插芯紧固件固定安装，套筒套在第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯上使两者对准并且两端分别被两者定位，光纤依次固定并穿过第二陶瓷插芯、第二插芯紧固件和出纤保护接头，第一陶瓷插芯的对准端端面和光纤端面之间形成法布里-珀罗腔。
2.如权利要求1所述的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于：第一陶瓷插芯的对准端端面镀膜，形成法布里-珀罗腔的一端反射面；光纤用光纤切割刀切割后获得光纤端面，形成法布里-珀罗腔的另一端反射面。
3.如权利要求1所述的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于：弹性膜片与壳体螺纹连接并且通过螺纹胶密封。
4.如权利要求1所述的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于：出纤保护接头与壳体螺纹连接并且通过螺纹胶密封。
5.如权利要求1所述的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于：第二插芯紧固件紧密插入壳体的孔中并且通过胶粘固定。
6.如权利要求1所述的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于：光纤穿过第二插芯紧固件的通孔后通过胶粘固定。
7.如权利要求1所述的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于：光纤套上套管后紧密穿过出纤保护接头的通孔。
8.如权利要求1所述的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于：弹性膜片为金属材料。
9.如权利要求1所述的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器，其特征在于：光纤是单模光纤。
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