CN109813487A - 一种基于差动结构的光纤光栅弹簧管压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于差动结构的光纤光栅弹簧管压力传感器，它由三个光纤布拉格光栅、固定支架、C型弹簧管、固定支座、光纤光谱仪、宽带光源、光纤耦合器和匹配液组成。所述的固定支架由上支架和下支架组成，所述的三个光纤布拉格光栅由光纤布拉格光栅1、光纤布拉格光栅2和光纤布拉格光栅3组成，将光纤布拉格光栅3单端粘贴在固定支座上用以温度补偿，当C型弹簧管内部有高于大气压的气体或液体时，C型弹簧管会扩张而带动下支架位移，使光纤布拉格光栅1受压应变，光纤布拉格光栅2受拉应变，它们的特征波长变化方向相反，形成差动结构，再利用光纤光谱仪的信号解调部分得到信号的输出。
Description
技术领域
本发明属于光纤光栅传感技术领域，设计了一种基于差动结构的光纤光栅弹簧管压力传感器，其结构由三个光纤布拉格光栅、固定支架、C型弹簧管、固定支座、光纤光谱仪、宽带光源、光纤耦合器和匹配液组成，可用于流体压力的测量。
背景技术
1847年，法国人波登制成弹簧管压力表，广泛应用于各行业的工业生产和科学研究中。弹簧管压力表是一种力学类的检测仪表，可检测气体、液体和蒸汽的压力，其优点为工作安全可靠，结构简单，维护方便，可以直接读数，适用范围广，测量范围可达数十千帕到数千兆帕，一般使用纯机械式压力表。
但是由于野外工程环境复杂多变，结构温度变化会干扰压力传感器的测量精度，要求弹簧管压力传感器必须具备温度补偿功能。同时，不同工程应用场合的压强测量精度要求高，因此需要有能同时满足上述两种要求的弹簧管压力传感器。
光纤光栅是一种通过紫外写入的方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。以光纤光栅为敏感单元的检测器件相比传统电类检测器件有很多的优点，如灵敏度高、抗电磁干扰、易于分布式传感等。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于差动结构的光纤光栅弹簧管压力传感器。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种基于差动结构的光纤光栅弹簧管压力传感器，它由三个光纤布拉格光栅、固定支架、C型弹簧管、固定支座、光纤光谱仪、宽带光源、光纤耦合器和匹配液组成，其特征在于：所述的固定支架由上支架和下支架组成，在上支架端面的中心处有一个小孔，沿上支架端面中心处作一条垂线，该垂线与下支架端面对应有另一个小孔，它们的孔径均为1mm，间距为15mm，且下支架端面的小孔到固定支座的距离也为15mm，所述的三个光纤布拉格光栅由光纤布拉格光栅1、光纤布拉格光栅2和光纤布拉格光栅3组成，它们依次串联且特征波长分别为λ1、λ2和λ3，光纤布拉格光栅1穿过上支架端面的小孔和下支架端面的小孔并进行粘贴固定，光纤布拉格光栅2一端粘贴在下支架端面的小孔中，另一端粘贴在固定支座上，光纤布拉格光栅3单端粘贴在固定支座上用以温度补偿，光纤布拉格光栅1和光纤布拉格光栅2在粘贴前需进行预拉伸，所述的三个光纤布拉格光栅粘贴所用的胶粘剂为353ND胶,光纤布拉格光栅1和光纤布拉格光栅2会因C型弹簧管的扩张而分别受到压应力和拉应力，从而形成差动结构。
所述的上支架和所述的下支架采用的材料均为QSN4-0.3，通过焊接的方法分别与固定支座和C型弹簧管刚性连接，上支架端面与下支架端面的长均为8mm，宽均为1mm，高均为4mm，上支架侧面长为36mm，宽为1mm，高为4mm，下支架侧面长为21mm，宽为1mm，高为4mm。
附图说明
图1为一种基于差动结构的光纤光栅弹簧管压力传感器。
图2为固定支架的立体图。
具体实施方式
下面结合图1和图2，对本发明作进一步说明。
图1和图2中：1.光纤布拉格光栅1，2. 光纤布拉格光栅2，3. 光纤布拉格光栅3，4.固定支座，5.C型弹簧管，6-1.上支架端面，6-2. 上支架侧面，6-3. 下支架端面，6-4.下支架侧面，7.进压口，8.自由端，9.光纤光谱仪，10.宽带光源，11.光纤耦合器，12.匹配液。
C型弹簧管的内径为50mm，横截面长轴和短轴的尺寸分别为15mm和6mm，材料为锡青铜QSn4-0.3。
通过焊接的方法将上支架侧面连接在固定支座上，将下支架侧面连接到C型弹簧管内壁上。
将光纤布拉格光栅3的一端粘贴在固定支座上，另一端呈自由状态，使其不受应力作用，只感受温度变化，因此光纤布拉格光栅3可用于温度补偿。
将光纤布拉格光栅1穿过上支架端面的小孔和下支架端面的小孔并进行粘贴固定，将光纤布拉格光栅2一端粘贴在下支架端面的小孔中，另一端粘贴在固定支座上，当高于大气压的气体或者液体从进压口流入C型弹簧管内，由于管的内弧与外弧面积大小不同，所受的压力也不同，管子曲率会变小，C型弹簧管的自由端将均衡地扩张到另一位置；此时，下支架也随着C型弹簧管扩张而发生位移，使光纤布拉格光栅1受压应变，光纤布拉格光栅2受拉应变，光纤布拉格光栅1与光纤布拉格光栅2的特征波长变化方向相反，从而形成差动结构，这一差动结构一方面可以实现温度补偿，另一方面提高了弹簧管压力传感器的灵敏度。
三个光纤布拉格光栅粘贴所用的胶粘剂为353ND胶，可以在200℃的高温条件下长期工作，也能承受数小时300-400℃的高温而性能不变，其它具有近似或相同功能的胶粘剂亦可。
本发明的工作方式为：宽带光源10的光波经光纤耦合器11传输到光线布拉格光栅1上，满足光纤布拉格光栅1的特征光波被反射，其余波长的光传入光纤布拉格光栅2，满足光纤布拉格光栅2的特征光波被反射，其余波长的光继续传入光线布拉格光栅3，满足光纤布拉格光栅3的特征光波被反射。所有反射回来的特征光波经过光纤耦合器11进入光纤光谱仪9进行解调，透射出去的光进入匹配液12而被吸收，其中光纤布拉格光栅3用以温度补偿，再利用光纤光谱仪9的信号解调部分得到信号的输出。
Claims (2)
1.一种基于差动结构的光纤光栅弹簧管压力传感器，它由三个光纤布拉格光栅、固定支架、C型弹簧管、固定支座、光纤光谱仪、宽带光源、光纤耦合器和匹配液组成，其特征在于：所述的固定支架由上支架和下支架组成，在上支架端面的中心处有一个小孔，沿上支架端面中心处作一条垂线，该垂线与下支架端面对应有另一个小孔，它们的孔径均为1mm，间距为15mm，且下支架端面的小孔到固定支座的距离也为15mm，所述的三个光纤布拉格光栅由光纤布拉格光栅1、光纤布拉格光栅2和光纤布拉格光栅3组成，它们依次串联且特征波长分别为λ1、λ2和λ3，光纤布拉格光栅1穿过上支架端面的小孔和下支架端面的小孔并进行粘贴固定，光纤布拉格光栅2一端粘贴在下支架端面的小孔中，另一端粘贴在固定支座上，光纤布拉格光栅3单端粘贴在固定支座上用以温度补偿，光纤布拉格光栅1和光纤布拉格光栅2在粘贴前需进行预拉伸，所述的三个光纤布拉格光栅粘贴所用的胶粘剂为353ND胶,光纤布拉格光栅1和光纤布拉格光栅2会因C型弹簧管的扩张而分别受到压应力和拉应力，从而形成差动结构。
2.权利要求1所述的一种基于差动结构的光纤光栅弹簧管压力传感器，其特征在于：所述的上支架和所述的下支架采用的材料均为QSN4-0.3，通过焊接的方法分别与固定支座和C型弹簧管刚性连接，上支架端面与下支架端面的长均为8mm，宽均为1mm，高均为4mm，上支架侧面长为36mm，宽为1mm，高为4mm，下支架侧面长为21mm，宽为1mm，高为4mm。
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|---|---|---|---|---|
| CN111795056A (zh) * | 2020-07-04 | 2020-10-20 | 孙浩 | 一种螺栓 |
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Legal Events
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Application publication date: 20190528 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |