CN107966170B - 监测传感装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种监测传感装置及系统，属于监测传感器技术领域。所述监测传感装置包括壳体、第一传感机构、第二传感机构和光纤，壳体包括相对设置的第一面板和第二面板以及沿第一面板和第二面板的边缘连续设置的侧面壁板及其构成的容置空间，第一传感机构穿设通过设置在第一面板上的第一通孔和第二通孔进而设置在壳体上，第二传感机构设置在容置空间内并通过第一面板上的第三通孔与外部连通，光纤穿设通过第一传感机构和第二传感机构，所述监测传感系统还包括与监测传感装置连接的泵浦光源和光纤光栅解调仪，本发明通过将测量不同参数的多个传感机构设置到一根光纤上，降低了传感系统的复杂性和造价，利于实现多传感器阵列形成准分布式系统。

Description

监测传感装置及系统
技术领域
本发明涉及监测传感器技术领域，具体而言，涉及一种监测传感装置及系统。
背景技术
管道作为第五大交通运输方式，是石油、天然气、矿浆、二氧化碳、生物燃料等流变特性介质的最有效运输方式，随着经济和科技水平的发展，人们对管道运输的安全性问题日益关注，管道流速流量、压力及温度监测在管道输运和保证管道安全性中占据着举足轻重的地位。现有的管道流速流量、压力和温度监测一般需要布置相应的传感器，随着管道监管水平及要求的日益提高，管道监测对传感器的空间布设广度要求越来越高，所需的传感器数量、种类及配套数据传输及采集设备也随之增多。大量的信号传输电/光缆需集中引入监控中心，势必造成仪器设备及传输电/光缆保护困难，同时对施工进度及投资造成影响。当前，传感器除了要做到低功耗、小体积、长寿命和低成本外，多功能化已成为传感器未来发展的重要方向。
随着光学器件的发展和完善，并借助管道沿线铺设的通信光缆，人们逐渐开始采用光学构造的传感器进行管道监测，可现有光学构造的传感器在测量多组参数时需要在管道上预留多个监测口，安装多个传感器探头，同时用到多芯光纤，增加了系统的复杂性和应用造价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种监测传感装置及系统，以改善现有传感技术在测量多组参数时需要在管道上预留多个监测口，安装多个传感器探头，同时用到多芯光纤，增加了传感系统的复杂性和应用造价的问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种监测传感装置，所述监测传感装置包括壳体、第一传感机构、第二传感机构和光纤。所述壳体包括相对设置的第一面板和第二面板以及沿所述第一面板和所述第二面板的边缘连续设置的侧面壁板。所述第一面板、所述第二面板以及所述侧面壁板围合形成一容置空间。所述第一面板上设置有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第二面板上设置有第四通孔。所述第一传感机构穿设通过所述第一通孔和所述第二通孔进而设置在所述壳体上。所述第二传感机构设置在所述容置空间内与所述第三通孔对应的位置。所述光纤穿设通过所述第四通孔进入所述容置空间后，穿设通过所述第一通孔伸出所述壳体，然后穿设通过所述第二通孔回到所述容置空间，再连接到所述第二传感机构。
在本发明可选的实施例中，所述第一面板包括挡板和基板。所述挡板与所述侧面壁板连接，所述挡板上设置有连接开口。所述基板包括与所述连接开口匹配的连接部以及在所述连接部上向所述容置空间方向凸设的凸起部，所述基板通过所述连接部与所述挡板可拆卸连接。所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔设置在所述基板上。
在本发明可选的实施例中，所述第一传感机构包括支架、套管和流速测量结构。所述支架包括穿设通过所述第一通孔的第一支架和穿设通过所述第二通孔的第二支架。所述第一支架在所述壳体外部的一端包括垂直于所述第一支架的第一弯折部，所述第二支架在所述壳体外部的一端包括垂直于所述第二支架的第二弯折部，所述第一弯折部和所述第二弯折部的弯折方向相对。所述套管与所述第一弯折部以及所述第二弯折部连接。所述支架和所述套管中设置有用于所述光纤通过的光纤通孔，所述光纤穿设在所述光纤通孔中，所述流速测量结构设置在位于所述套管内的光纤上。
在本发明可选的实施例中，所述支架为高强度隔热材料制成，所述套管为高导热金属材料制成。
在本发明可选的实施例中，所述套管内注入有硅脂。
在本发明可选的实施例中，所述第一传感机构还包括设置在所述第一面板上的支架固定件。所述支架固定件的上端面对应所述第一通孔和所述第二通孔的位置凹设有固定槽，所述固定槽的形状与所述支架的形状匹配，以使所述支架与所述固定槽稳定连接。
在本发明可选的实施例中，所述支架在与所述套管连接处还设置有抵持部，以防止所述套管发生轴向滑动。
在本发明可选的实施例中，所述第二传感机构包括导热弹性件、悬臂梁、悬臂梁底座、温度/压力测量结构。所述导热弹性件设置在所述第三通孔在所述容置空间内的开口处进而封闭所述开口。所述悬臂梁固定在所述导热弹性件的另一端和所述悬臂梁底座上。所述悬臂梁底座与所述基板固定连接。所述光纤沿所述悬臂梁连接所述导热弹性件和所述悬臂梁底座，所述温度/压力测量结构设置在沿所述悬臂梁设置的光纤上。
在本发明可选的实施例中，所述光纤上的所述流速测量结构、所述温度/压力测量结构为刻写在所述光纤上的光栅。
本发明实施例还提供了一种监测传感系统，所述监测传感系统包括泵浦光源、光纤光栅解调仪、波分复用器以及上述检测传感装置。所述监测传感装置的光纤通过波分复用器分别与所述泵浦光源和所述光纤光栅解调仪连接。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种监测传感装置及系统，属于监测传感器技术领域。所述监测传感装置包括壳体、第一传感机构、第二传感机构和光纤，壳体包括相对设置的第一面板和第二面板以及沿第一面板和第二面板的边缘连续设置的侧面壁板及其构成的容置空间，第一传感机构穿设通过设置在第一面板上的第一通孔和第二通孔进而设置在壳体上，第二传感机构设置在容置空间内并通过第一面板上的第三通孔与外部连通，光纤穿设通过第四通孔进入容置空间后，穿设通过第一通孔伸出壳体，然后穿设通过第二通孔回到容置空间，再连接到第二传感机构，所述监测传感装置通过将测量不同参数的测量结构整合在同一根光纤上，解决了现有传感技术在测量多组参数时需要在管道上预留多个监测口，安装多个传感器探头，同时用到多芯光纤等问题，大大降低了传感系统的复杂性和应用造价。所述监测传感系统还包括与监测传感装置连接的泵浦光源、光纤光栅解调仪，所述监测传感系统可使多个共用一套光纤光栅解调仪的多参数传感结构串联，形成多参数一体化传感器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰，在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明实施例提供的一种监测传感装置的结构示意图；
图2为图1的II-II截面的剖视图；
图3为本发明实施例提供的一种第一传感机构的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种支架固定件的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种监测传感系统的模块图。
图标：100-监测传感装置；110-壳体；120-光纤；111-第一面板； 112-第二面板；113-挡板；114-基板；115-第一通孔；116-第二通孔； 117-第三通孔；118-第四通孔；120-光纤；130-第一传感机构；132- 第一支架；134-第二支架；136-套管；139-支架固定件；140-第二传感机构；141-导热弹性件；142-悬臂梁；143-悬臂梁底座；200-监测传感系统；210-泵浦光源；220-光纤光栅解调仪；230-波分复用器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
第一实施例
请参照图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种检测传感装置的结构示意图，图2为图1的II-II截面的剖视图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种监测传感装置100，所述监测传感装置100包括壳体110、光纤120、第一传感机构130和第二传感机构140。第一传感机构130被安装在壳体110上且部分暴露在壳体110外以接触所述壳体110外的流体，第二传感机构140被设置在壳体110内，光纤120从壳体110的一端进入壳体110内后通过第一传感机构130伸出并再次回到所述壳体110内，光纤120最后与第二传感机构140连接。
壳体110包括相对设置第一面板111和第二面板112以及沿第一面板111和第二面板112的边缘连续设置的侧面壁板，第一面板111、第二面板112以及侧面壁板围合形成一容置空间。可选地，本实施例中的壳体110大致呈圆柱形，上述第一面板111和第二面板112为圆柱形壳体110的底面，上述侧面壁板为圆柱形壳体110的侧面。
作为一种实施方式，第一面板111包括挡板113和基板114。挡板113和所述侧面壁板连接，同时其上开设有连接开口，可选地，该连接开口可以是圆形或其他形状。基板114可分为连接部和凸起部，连接部的形状大小和所述挡板113的连接开口的形状大小相匹配，凸起部设置在第一面板111面向所述容置空间的方向，即上述圆柱形壳体110的轴向。
可选地，挡板113与基板114的连接方式可以是螺纹连接、卡扣连接、过盈配合等可拆卸连接方式。挡板113与基板114的连接方式为可拆卸连接方式时，在监测传感装置100中的第一传感机构130、第二传感机构140或光纤120出现故障时更方便打开壳体110对监测传感装置100进行修理。
基板114上还开设有第一通孔115、第二通孔116和第三通孔117，所述容置空间通过第一通孔115、第二通孔116和第三通孔117与壳体110的外部连通。第一通孔115和第二通孔116处于同一水平面上，沿圆柱形壳体110的轴向贯穿所述基板114的连接部。第三通孔117 位于第一通孔115和第二通孔116的上方，第三通孔117在容置空间内的开口设置在基板114的凸起部的上表面。
第二面板112上设置有用于光纤120通过的第四通孔118。
进一步地，为追求更好的稳定性，基板114还可以朝壳体110外部方向凸设一用于稳定安装第一传感机构130的另一凸起部。
监测传感装置100需要对温度、压力等参数进行监测，应该尽可能地避免对监测传感装置100的非传感部位产生影响，为了解决这个问题，可选地，本实施例提供的壳体110的材料可以是隔热效果好、坚固程度高的塑料或合成材料。
传感器在采集到相关信息后需要对信息进行稳定、迅速地传输，传统传感器使用电缆作为传输介质存在传输易受干扰和传输速度慢的问题，为了改善这个问题，作为一种实施方式，本实施例采用光纤 120为传输介质。在第一传感机构130以外的位置，光纤120为普通单模光纤；由于部分伸出壳体110外的第一传感机构130是用于通过温度测量目标物体的流速，在第一传感机构130的对应位置，光纤 120为光热光纤。光热光纤即为带有掺杂光热部的光纤，激光被抽运至掺杂光热部，在掺杂光热部中激光能量被掺杂离子吸收并通过多声子弛豫的非辐射跃迁效应转换成热能，从而使掺杂光热部温度稳定，而流体流经掺杂光热部时会带走相应热量，温度与流体流量呈负线性关系，在监测传感装置100运行时，利用波长解调技术可实时测量出对应的第一传感机构130对应处的温度，从而进一步计算出流体的流量。可选地，本实施例中光热光纤为掺钴光纤，流速测量结构即为在掺杂光热部上刻写了光栅的光热光纤，也就是流速测量光栅。
请参考图2和图3，图3为本发明实施例提供的一种第一传感机构的结构示意图。
第一传感机构130包括第一支架132、第二支架134、套管136 和流速测量结构。第一传感机构130的形状和结构与“U”型管相似，“U”型管中平行的两条边对应为第一支架132和第二支架134，“U”型管中连接两条平行边的底边对应为套管136。第一支架132穿设通过第一通孔115，第二支架134穿设通过第二通孔116，第一支架132 伸出壳体110外的一端和第二支架134伸出壳体110外的一端通过套管136连接。进一步地，暴露在流体中的套管136还存在连接稳定性的问题，本实施例通过在第一支架132与套管136的连接处以及第二支架134与套管136的连接处对称设置有抵持部，以防止套管136 在流体的冲击中发生轴向滑动从而影响测量效果。
由于第一传感机构130在本实施例中用于测量壳体110外的流体流速，第一支架132和第二支架134均会与外部流体接触，壳体110 外部的流体温度可能会通过第一支架132和第二支架134影响到监测传感装置100内部，为了解决这个问题，本实施例中第一支架132 和第二支架134采用隔热性能好并且坚固结实材料，如玻璃纤维增强型PPS(聚苯硫醚)。同时，套管136需要检测采集外部流体的温度，应当采用高导热材料制成，可选地，本实施例中套管136采用纯铜制成。进一步地，套管136内还可注入硅脂，以对掺杂光热部的掺杂光纤产生的热量进行有效吸收，形成稳定的温度场，还使流速测量结热均匀从而避免其产生啁啾现象。
现有普通电缆传感器已经不能满足人们对传感器的速度和精确度的需求，作为一种实施方式，本实施例采用光纤光栅作为流速测量结构。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。光纤光栅作为一种新型的光学器件，在数据采集与监测方面具有安全、抗电磁干扰能力强、适用于远程监测等优点，被广泛应用于矿山、化工、油气管道等恶劣环境。单一参数测量的光纤光栅传感器目前应用较为普遍，学术界对双复合参数传感器也有较多研究，但主要是针对如何提高传感器的测量分辨率以及减少测量误差，以实现一根光纤同时实现对多个物理量的精确测量。然而，目前对于三参数及以上的复合型光纤光栅传感系统的研究比较缺乏，尤其是在管道温度、压力和流速同步测量方面，未开发出三个以上测量参数的复合型传感系统，更缺少测量精度高的复合传感系统，无法满足更高精度和多参数同步测量需求。
请参考图4，图4为本发明实施例提供的一种支架固定件的结构示意图。
作为一种实施方式，第一传感机构130还包括用于固定第一支架 132和第二支架134的支架固定件139。支架固定件139为扁平状长方体，在其长和宽围成的上表面凹设有两个用于承托第一支架132 和第二支架134的固定槽。两个固定槽之间的距离与第一通孔115和第二通孔116之间的距离相同，固定槽的形状与第一支架132和第二支架134的形状相匹配。为了进一步增强支架固定件139对第一支架 132和第二支架134的固定和承托效果，支架固定件139的固定槽为横截面为三角形的凹槽，所述三角形凹槽的外接圆直径等于第一支架132和第二支架134的外径。可选地，支架固定件139和基板114可拆卸连接，其连接方式可以是，但不限于是螺纹连接。
第二传感机构140包括导热弹性件141、悬臂梁142、悬臂梁底座143、温度/压力测量结构。悬臂梁142两端分别与导热弹性件141 和悬臂梁底座143连接，温度/压力测量结构设置在沿悬臂梁142设置的光纤120上。
导热弹性件141设置在容置空间内的基板114的凸起部的上表面，同时导热弹性件141的底部将第三通孔117在基板114的凸起部的上表面的开口封闭。作为一种实施方式，导热弹性件141可以是导热系数高、弹性系数高的材料作为压力和温度传导元件，可选地，本实施例中的导热弹性件141为波纹管，波纹管是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件，波纹管在仪器仪表中应用广泛，主要用途是作为压力测量仪表的测量元件，将压力转换成位移或力。第二传感机构140同时用于测量温度和压力，因此导热弹性件141 还需要具有良好的导热性，进而本实施例采用弹性系数高的铍青铜波纹管作为导热弹性件141。
悬臂梁142的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端，在悬臂梁142受力产生弯曲变形时其挠度发生变化。本实施例中悬臂梁142可采用杨氏模量较小的纯铜制作而成，其形状可为等腰梯形，其中，杨氏模量越小物体的抗形变能力越弱。
应当理解的是，对于导热弹性件141和悬臂梁142的材料及结构设计可依据具体压力测量量程和灵敏度进行调整。上述悬臂梁底座 143的材料可根据具体需求在满足监测传感装置100的稳定性要求的材料中进行选择，可选地，悬臂梁底座143与基板114的凸起部可采用螺纹连接等能保证稳定性的连接方式进行连接。
同流速测量结构相同，所述温度/压力测量结构为两个刻写在光纤120上的光栅。温度/压力测量结构对称粘贴于悬臂梁142两侧。监测传感装置100运行时，流体通过基板114上的第三通孔117将压力作用于导热弹性件141上，导热弹性件141的伸缩带动悬臂梁142 发生挠度变化，同时导热弹性件141具有良好的导热性，因此，根据温度/压力测量结构即温度/压力测量光栅的波长漂移可实时监测压力和温度的变化。
监测传感装置100的工作原理是：在对某管道内的流体进行监测时，启动监测传感装置100并将其伸入流体中抵达目标测试点，壳体 110对监测传感装置100内的元件进行保护并消除流体环境对监测结果的负面影响，流体流经套管136带走相应热量造成流速测量结构即流速测量光栅处温度变化，利用波长解调技术可实时计算出流速测量光栅处的温度，从而进一步计算出流体的流量，流体的压强和温度通过第三通孔117传递给第二传感机构140的导热弹性件141，从而造成设置在悬臂梁142的挠度变化和温度变化引起温度/压力测量结构即温度/压力测量光栅的波长漂移，根据波长漂移即可计算出流体的压强和温度，其中，第一传感机构130和第二传感机构140的光信号均由光纤120传输。
第二实施例
请参考图5，图5为本发明实施例提供的一种监测传感系统的结构示意图。
本实施例提供了一种监测传感系统200，所述监测传感系统200 包括泵浦光源210、光纤光栅解调仪220、波分复用器230以及至少一个本发明第一实施例所述的监测传感装置100。
泵浦光源210通过波分复用器230与监测传感装置100中的光纤 120的一端连接。泵浦是激光技术中的名词，原子英文“pump”，产生激光的必要条件是粒子数反转，就是把处于基态的粒子激励到高能态 (产生激光的能态),人们用pump这个词形容这一过程，就是把这一过程比喻成把水从低处抽运到高处，泵浦光源210即完成这一过程产生激光的装置。
光纤光栅解调仪220通过波分复用器230与泵浦光源210连接在光纤120的同一端，其作用为对光纤120传回的光信号进行波长解调，具有不必对光纤连接器和耦合器损耗以及光源输出功率起伏进行补偿等优点。
波分复用器230用于实现波分复用技术，其中，所述波分复用技术是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。
综上所述，本发明提供一种本发明实施例提供了一种监测传感装置及系统，属于监测传感器技术领域。所述监测传感装置包括壳体、第一传感机构、第二传感机构和光纤，壳体包括相对设置的第一面板和第二面板以及沿第一面板和第二面板的边缘连续设置的侧面壁板及其构成的容置空间，第一传感机构穿设通过设置在第一面板上的第一通孔和第二通孔进而设置在壳体上，第二传感机构设置在容置空间内并通过第一面板上的第三通孔与外部连通，光纤穿设通过第四通孔进入容置空间后，穿设通过第一通孔伸出壳体，然后穿设通过第二通孔回到容置空间，再连接到第二传感机构，所述监测传感装置通过将测量不同参数的测量结构整合在同一根光纤上，解决了现有传感技术在测量多组参数时需要在管道上预留多个监测口，安装多个传感器探头，同时用到多芯光纤等问题，大大降低了传感系统的复杂性和应用造价。所述监测传感系统还包括与监测传感装置连接的泵浦光源、光纤光栅解调仪，所述监测传感系统可使多个共用一套光纤光栅解调仪的多参数传感结构串联，形成多参数一体化传感器。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种监测传感装置，其特征在于，包括：
壳体，包括相对设置的第一面板和第二面板以及沿所述第一面板和所述第二面板的边缘连续设置的侧面壁板，所述第一面板、所述第二面板以及所述侧面壁板围合形成一容置空间；所述第一面板上设置有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第二面板上设置有第四通孔；
第一传感机构，穿设通过所述第一通孔和所述第二通孔进而设置在所述壳体上；所述第一传感机构包括支架、套管和流速测量结构；所述支架包括穿设通过所述第一通孔的第一支架和穿设通过所述第二通孔的第二支架，所述第一支架在所述壳体外部的一端包括垂直于所述第一支架的第一弯折部，所述第二支架在所述壳体外部的一端包括垂直于所述第二支架的第二弯折部，所述第一弯折部和所述第二弯折部的弯折方向相对；所述套管与所述第一弯折部以及所述第二弯折部连接；所述支架和所述套管中设置有用于光纤通过的光纤通孔；所述光纤穿设在所述光纤通孔中，所述流速测量结构设置在位于所述套管内的光纤上；
第二传感机构，设置在所述容置空间内与所述第三通孔对应的位置；所述第二传感机构包括导热弹性件、悬臂梁、悬臂梁底座、温度/压力测量结构；所述导热弹性件设置在所述第三通孔在所述容置空间内的开口处进而封闭所述开口，所述悬臂梁固定在所述导热弹性件的另一端和所述悬臂梁底座上；所述光纤沿所述悬臂梁连接所述导热弹性件和所述悬臂梁底座，所述温度/压力测量结构设置在沿所述悬臂梁设置的光纤上；
光纤，穿设通过所述第四通孔进入所述容置空间后，穿设通过所述第一通孔伸出所述壳体，然后穿设通过所述第二通孔回到所述容置空间，再连接到所述第二传感机构。
2.根据权利要求1所述的监测传感装置，其特征在于，所述第一面板包括挡板和基板；
所述挡板与所述侧面壁板连接，所述挡板上设置有连接开口；
所述基板包括与所述连接开口匹配的连接部以及在所述连接部上向所述容置空间方向凸设的凸起部，所述基板通过所述连接部与所述挡板可拆卸连接，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔设置在所述基板上。
3.根据权利要求1或2所述的监测传感装置，其特征在于，所述支架为高强度隔热材料制成，所述套管为高导热金属材料制成。
4.根据权利要求3所述的监测传感装置，其特征在于，所述套管内注入有硅脂。
5.根据权利要求1或2所述的监测传感装置，其特征在于，所述第一传感机构还包括设置在所述第一面板上的支架固定件，所述支架固定件的上端面对应所述第一通孔和所述第二通孔的位置凹设有固定槽，所述固定槽的形状与所述支架的形状匹配，以使所述支架与所述固定槽稳定连接。
6.根据权利要求5所述的监测传感装置，其特征在于，所述支架在与所述套管连接处还设置有抵持部，以防止所述套管发生轴向滑动。
7.根据权利要求1所述的监测传感装置，其特征在于，所述光纤上的所述流速测量结构、所述温度/压力测量结构为刻写在所述光纤上的光栅。
8.一种监测传感系统，其特征在于，包括：
泵浦光源；
光纤光栅解调仪；
波分复用器；
至少一个如权利要求1-7任意一项所述的监测传感装置；
其中，所述监测传感装置通过所述波分复用器分别与所述泵浦光源和所述光纤光栅解调仪连接。
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US4358678A (en) * 1980-11-19 1982-11-09 Hersey Products, Inc. Fiber optic transducer and method
US4986671A (en) * 1989-04-12 1991-01-22 Luxtron Corporation Three-parameter optical fiber sensor and system
US8135245B2 (en) * 2008-12-05 2012-03-13 General Electric Company Fiber optic sensing system
CN106153124B (zh) * 2016-09-13 2018-05-08 中山水木光华电子信息科技有限公司 一种光纤温压一体传感器

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