CN110514350A - 一种mems压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器 - Google Patents

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梅运桥
苏长远
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Abstract

本发明属于传感器技术领域，尤其为一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，包括上法兰、下法兰和光电解调仪，所述上法兰和下法兰相互靠近的一侧固定安装有同一个大波纹管，大波纹管内设有小波纹管，上法兰和下法兰相互靠近的一侧均与小波纹管固定连接，大波纹管、小波纹管、上法兰和下法兰组成环形腔室，下法兰的底部固定安装有引压管，引压管与环形腔室连通，环形腔室和引压管内设有填充液，引压管上设有密封塞，引压管的底端螺纹安装有传感器封装结构件，传感器封装结构件的顶端固定安装有MEMS光纤F‑P压力传感器。本发明实用性高，具有结构尺寸小，抗干扰能力强，测量精确度高，便于远距离实时检测压力。

Description

一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器。
背景技术
力、压力的测量在工程技术、日常生活中具有广泛的需求，具有广阔的市场。大家最为熟悉的是“天平”，就是最典型的重力测量技术，通过天平的平衡，获得重力信息，大家熟悉的“海拔高度”，通过大气压压力测量，获得海拔高度信息。为了满足不同的具体要求的力测量需求，产生了各种先进的测力方法，这些技术可以完成自动测量，如弹簧秤测力、应变测力、压力计测力等。压力传感器是一类重要的高精度、大量程、引用最多的一种接触力传感器，广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力传感器包括压力敏感元件、信号激励和信号传输等组成部分，传统的压力传感器种类有机械式、压阻式、压电式、扩散硅式、硅谐振式等。
但是，现有的接触力传感器设计还存在不足，存在结构尺寸较大，不便于远距离实时测量，抗干扰能力差，导致使用范围较小，不能满足人们的实际使用需求。
因此我们提出了一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，包括上法兰、下法兰和光电解调仪，所述上法兰和下法兰相互靠近的一侧固定安装有同一个大波纹管，大波纹管内设有小波纹管，上法兰和下法兰相互靠近的一侧均与小波纹管固定连接，大波纹管、小波纹管、上法兰和下法兰组成环形腔室，下法兰的底部固定安装有引压管，引压管与环形腔室连通，环形腔室和引压管内设有填充液，引压管上设有密封塞，引压管的底端螺纹安装有传感器封装结构件，传感器封装结构件的顶端固定安装有MEMS光纤F-P压力传感器，传感器封装结构件的底端固定安装有传输光缆，传输光缆的光纤与MEMS光纤F-P压力传感器熔接。
优选的，所述光电解调仪还包括波长扫描激光器、光隔离器、光耦合器、电信号处理模块、第一光电检测模块、第二光电检测模块和CPU，CPU、波长扫描激光器、光隔离器和光耦合器依次相接，电信号处理模块与CPU相接，第一光电检测模块、第二光电检测模块均与电信号处理模块相接，第一光电检测模块、第二光电检测模块均与光耦合器相接，光耦合器与MEMS光纤F-P压力传感器通过传输光缆相接。
优选的，所述引压管的底端开设有螺纹凹槽，传感器封装结构件螺纹安装在螺纹凹槽内，传感器封装结构件的底端延伸至螺纹凹槽外，传感器封装结构件和引压管之间填充有胶黏剂。
优选的，所述传感器封装结构件的顶部开设有安装槽，MEMS光纤F-P压力传感器固定安装在安装槽内，MEMS光纤F-P压力传感器的顶端延伸至安装槽外，MEMS光纤F-P压力传感器与安装槽之间填充有胶黏剂。
优选的，所述安装槽的底部内壁上开设有第一通孔，传输光缆的光纤贯穿第一通孔。
优选的，所述下法兰上开设有第二通孔，第二通孔和引压管连通。
优选的，所述引压管的一侧内壁上开设有加液孔，密封塞固定安装在加液孔内，密封塞位于传感器封装结构件的上方。
优选的，所述传感器封装结构件的底端开设有插槽，传输光缆与插槽相适配，传输光缆与插槽之间填充有胶黏剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过上法兰、大波纹管、小波纹管、下法兰、填充液、引压管、密封塞和MEMS光纤F-P压力传感器相配合，从而能够实现将轴向压力转变为液压压力并进行精确测量，保证了对压力的测量精度，同时实现减小结构尺寸，通过光电解调仪、传输光缆和MEMS光纤F-P压力传感器相配合，从而能够实现对压力的远距离实时测量，并提高抗干扰能力。
本发明实用性高，具有结构尺寸小，抗干扰能力强，测量精确度高，便于远距离实时检测压力。
附图说明
图1为本发明提出的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器的正视剖视结构示意图；
图2为本发明提出的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器中光电解调仪的工作原理框图。
图中：1、上法兰；2、大波纹管；3、小波纹管；4、下法兰；5、填充液；6、引压管；7、密封塞；8、MEMS光纤F-P压力传感器；9、传感器封装结构件；10、传输光缆。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例
参考图1-2，本实施例中提出了一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，包括上法兰1、下法兰4和光电解调仪，上法兰1和下法兰4相互靠近的一侧固定安装有同一个大波纹管2，大波纹管2内设有小波纹管3，上法兰1和下法兰4相互靠近的一侧均与小波纹管3固定连接，大波纹管2、小波纹管3、上法兰1和下法兰4组成环形腔室，下法兰4的底部固定安装有引压管6，引压管6与环形腔室连通，环形腔室和引压管6内设有填充液5，引压管6上设有密封塞7，引压管6的底端螺纹安装有传感器封装结构件9，传感器封装结构件9的顶端固定安装有MEMS光纤F-P压力传感器8，传感器封装结构件9的底端固定安装有传输光缆10，传输光缆10的光纤与MEMS光纤F-P压力传感器8熔接。
本实施例中，光电解调仪还包括波长扫描激光器、光隔离器、光耦合器、电信号处理模块、第一光电检测模块、第二光电检测模块和CPU，CPU、波长扫描激光器、光隔离器和光耦合器依次相接，电信号处理模块与CPU相接，第一光电检测模块、第二光电检测模块均与电信号处理模块相接，第一光电检测模块、第二光电检测模块均与光耦合器相接，光耦合器与MEMS光纤F-P压力传感器通过传输光缆相接，引压管6的底端开设有螺纹凹槽，传感器封装结构件9螺纹安装在螺纹凹槽内，传感器封装结构件9的底端延伸至螺纹凹槽外，传感器封装结构件9和引压管6之间填充有胶黏剂，传感器封装结构件9的顶部开设有安装槽，MEMS光纤F-P压力传感器8固定安装在安装槽内，MEMS光纤F-P压力传感器8的顶端延伸至安装槽外，MEMS光纤F-P压力传感器8与安装槽之间填充有胶黏剂，安装槽的底部内壁上开设有第一通孔，传输光缆的光纤贯穿第一通孔，下法兰上开设有第二通孔，第二通孔和引压管连通，引压管6的一侧内壁上开设有加液孔，密封塞7固定安装在加液孔内，密封塞7位于传感器封装结构件9的上方，传感器封装结构件9的底端开设有插槽，传输光缆10与插槽相适配，传输光缆10与插槽之间填充有胶黏剂，通过上法兰1、大波纹管2、小波纹管3、下法兰4、填充液5、引压管6、密封塞7和MEMS光纤F-P压力传感器8相配合，从而能够实现将轴向压力转变为液压压力并进行精确测量，保证了对压力的测量精度，同时实现减小结构尺寸，通过光电解调仪、传输光缆10和MEMS光纤F-P压力传感器8相配合，从而能够实现对压力的远距离实时测量，并提高抗干扰能力，本发明实用性高，具有结构尺寸小，抗干扰能力强，测量精确度高，便于远距离实时检测压力。
本实施例中，通过加液孔给导引管6加注填充液5后，把密封塞7插入加液孔并焊接固定，当上法兰1和下法兰4受到轴向压力时，上法兰1和下法兰4受力相互靠近，使得大波纹管2和小波纹管3均受压收缩，因为大波纹管2和小波纹管3组成的环形腔室和导引管6内充满填充液5，使得轴向受力转变为液压压力，填充液5进入螺纹凹槽，MEMS光纤F-P压力传感器8检测到液压，MEMS光纤F-P压力传感器8是在硅片上进行微加工制作成F-P腔，当压力变化时，腔长发生改变引起端面反射光谱发生变化，腔长的变化与压力成一一对应关系，通过解算腔长可以获得准确压力值，通过光电解调仪的波长扫描激光器发射光信号，光信号经过光隔离器和光耦合器进入传输光缆10，从而实现对MEMS光纤F-P压力传感器8的F-P腔两个面的照射，并形成多光束干涉后返回给传输光纤，反射光信号经过传输光缆10进入光耦合器并分别通过第一光电检测模块和第二光电检测模块进入电信号处理模块形成电信号，电信号传输给CPU进行处理并输出数据。
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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，包括上法兰(1)、下法兰(4)和光电解调仪，其特征在于，所述上法兰(1)和下法兰(4)相互靠近的一侧固定安装有同一个大波纹管(2)，大波纹管(2)内设有小波纹管(3)，上法兰(1)和下法兰(4)相互靠近的一侧均与小波纹管(3)固定连接，大波纹管(2)、小波纹管(3)、上法兰(1)和下法兰(4)组成环形腔室，下法兰(4)的底部固定安装有引压管(6)，引压管(6)与环形腔室连通，环形腔室和引压管(6)内设有填充液(5)，引压管(6)上设有密封塞(7)，引压管(6)的底端螺纹安装有传感器封装结构件(9)，传感器封装结构件(9)的顶端固定安装有MEMS光纤F-P压力传感器(8)，传感器封装结构件(9)的底端固定安装有传输光缆(10)，传输光缆(10)的光纤与MEMS光纤F-P压力传感器(8)熔接。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，其特征在于，所述光电解调仪还包括波长扫描激光器、光隔离器、光耦合器、电信号处理模块、第一光电检测模块、第二光电检测模块和CPU，CPU、波长扫描激光器、光隔离器和光耦合器依次相接，电信号处理模块与CPU相接，第一光电检测模块、第二光电检测模块均与电信号处理模块相接，第一光电检测模块、第二光电检测模块均与光耦合器相接，光耦合器与MEMS光纤F-P压力传感器(8)通过传输光缆(10)相接。
3.根据权利要求1所述的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，其特征在于，所述引压管(6)的底端开设有螺纹凹槽，传感器封装结构件(9)螺纹安装在螺纹凹槽内，传感器封装结构件(9)的底端延伸至螺纹凹槽外，传感器封装结构件(9)和引压管(6)之间填充有胶黏剂。
4.根据权利要求1所述的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，其特征在于，所述传感器封装结构件(9)的顶部开设有安装槽，MEMS光纤F-P压力传感器(8)固定安装在安装槽内，MEMS光纤F-P压力传感器(8)的顶端延伸至安装槽外，MEMS光纤F-P压力传感器(8)与安装槽之间填充有胶黏剂。
5.根据权利要求4所述的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，其特征在于，所述安装槽的底部内壁上开设有第一通孔，传输光缆(10)的光纤贯穿第一通孔。
6.根据权利要求1所述的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，其特征在于，所述下法兰(4)上开设有第二通孔，第二通孔和引压管(6)连通。
7.根据权利要求1所述的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，其特征在于，所述引压管(6)的一侧内壁上开设有加液孔，密封塞(7)固定安装在加液孔内，密封塞(7)位于传感器封装结构件(9)的上方。
8.根据权利要求1所述的一种MEMS压力传感器装于环形波纹管的接触力传感器，其特征在于，所述传感器封装结构件(9)的底端开设有插槽，传输光缆(10)与插槽相适配，传输光缆(10)与插槽之间填充有胶黏剂。
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