CN110542499A - 一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，包括传感器保护壳、测量温度变化的光纤光栅温度测量补偿部分和测量压力变化的光纤光栅压力传感部分，所述传感器保护壳上设有传力导热内腔，所述光纤光栅温度测量补偿部分、光纤光栅压力传感部分分别设置在所述传力导热内腔之内，所述光纤光栅温度测量补偿部分设置所述光纤光栅压力传感部分的顶部，所述光纤光栅温度测量补偿部分的受力可均匀传递至所述光纤光栅压力传感部分。本发明的有益效果是：可快速高效地监测到压力和温度的联合响应，还可以应用于单一物理量入土压力和温度的测量与分析。
Description
技术领域
本发明涉及压力传感器，尤其涉及一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器。
背景技术
近年来，光纤光栅传感器的研究与应用引起了广泛的关注，相比较传统的传感测量技术，光纤光栅传感技术具有很多明显的优点。比如光纤光栅具有结构形式灵活，耐高温，耐腐蚀，抗电磁干扰能力强，体积小，质量轻等特点，并被广泛应用于压力，变形，位移，流量，体积，流速等多种物理量测量。
目前，土压力传感器的设计与加工方法相对较为落后，土压力的测量精度，响应时间，测量误差等，都不能满足土木工程建设领域中监测的要求。由于裸光纤光栅传感单元非常纤细，而且其应力与温度灵敏度的系数都极小，不能直接用于土压力，位移，温度，压力等实际物理量的测量，所以需要根据测量环境以及所测物理量将光纤光栅传感单元进行设计和封装，加工成可以满足测量要求的土压力传感器。同时，现有的土压力光纤光栅传感器已有初步的研究成果，但是现有的测量土压力的光纤光栅传感器的测试效果都有待提高，在土压力准确性，精度，滞后时间等方面均不理想。因此，有必要研发一种具温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，不仅可联合测量土压力和温度的综合变化规律，还可以应用于单一物理量入土压力和温度的测量与分析。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器。
本发明提供了一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，包括传感器保护壳、测量温度变化的光纤光栅温度测量补偿部分和测量压力变化的光纤光栅压力传感部分，所述传感器保护壳上设有传力导热内腔，所述光纤光栅温度测量补偿部分、光纤光栅压力传感部分分别设置在所述传力导热内腔之内，所述光纤光栅温度测量补偿部分设置所述光纤光栅压力传感部分的顶部，所述光纤光栅温度测量补偿部分的受力可均匀传递至所述光纤光栅压力传感部分。
作为本发明的进一步改进，所述光纤光栅温度测量补偿部分包括温敏光纤光栅传感元件、低弹性导热膜、隔热膜，所述低弹性导热膜、隔热膜之间充满导热液体，所述温敏光纤光栅传感元件位于所述低弹性导热膜、隔热膜之间，所述温敏光纤光栅传感元件被所述导热液体所包围。
作为本发明的进一步改进，所述低弹性导热膜位于所述隔热膜之上。
作为本发明的进一步改进，所述光纤光栅压力传感部分包括传感圆柱体、应变光纤光栅传感元件，所述应变光纤光栅传感元件埋置于所述传感圆柱体之内，所述隔热膜设置在所述传感圆柱体的顶部，所述应变光纤光栅传感元件与所述温敏光纤光栅传感元件通过光纤串联。
作为本发明的进一步改进，所述传感圆柱体的顶部连接有球铰支座，所述隔热膜设置在所述球铰支座之上，所述低弹性导热膜的受力先后通过隔热膜、球铰支座、传感圆柱体均匀传递至所述应变光纤光栅传感元件。
作为本发明的进一步改进，所述应变光纤光栅传感元件通过光纤与外部光纤解调仪进行连接，位于所述传感器保护壳之外的光纤的外部采用了一层光纤保护套进行包裹和保护，所述传感器保护壳上设有供光纤穿过的硬质的套管。
本发明的有益效果是：通过上述方案，通过光纤光栅温度测量补偿部分来测量温度变化，具备温度补偿功能，通过光纤光栅压力传感部分来测量压力变化，可快速高效地监测到压力和温度的联合响应，还可以应用于单一物理量入土压力和温度的测量与分析。
附图说明
图1是本发明一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器的主视方向的示意图。
图2是本发明一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器的俯视方向的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图2所示，一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，包括传感器保护壳109、测量温度变化的光纤光栅温度测量补偿部分和测量压力变化的光纤光栅压力传感部分，所述传感器保护壳109上设有传力导热内腔102，所述光纤光栅温度测量补偿部分、光纤光栅压力传感部分分别设置在所述传力导热内腔102之内，所述光纤光栅温度测量补偿部分设置所述光纤光栅压力传感部分的顶部，所述光纤光栅温度测量补偿部分的受力可均匀传递至所述光纤光栅压力传感部分。
如图1至图2所示，所述光纤光栅温度测量补偿部分包括温敏光纤光栅传感元件106、低弹性导热膜101、隔热膜105，所述低弹性导热膜101、隔热膜105之间充满导热液体103，所述温敏光纤光栅传感元件106位于所述低弹性导热膜101、隔热膜105之间，所述温敏光纤光栅传感元件106被所述导热液体103所包围。
如图1至图2所示，所述低弹性导热膜101位于所述隔热膜105之上。
如图1至图2所示，所述光纤光栅压力传感部分包括传感圆柱体108、应变光纤光栅传感元件107，所述应变光纤光栅传感元件107埋置于所述传感圆柱体108之内，传感器保护壳109上设有下部底座110，传感圆柱体108设置在下部底座110上，所述隔热膜105设置在所述传感圆柱体108的顶部，所述应变光纤光栅传感元件107与所述温敏光纤光栅传感元件106通过光纤串联。
如图1至图2所示，所述传感圆柱体108的顶部连接有球铰支座104，所述隔热膜105设置在所述球铰支座104之上，所述低弹性导热膜101的受力先后通过隔热膜105、球铰支座104、传感圆柱体108均匀传递至所述应变光纤光栅传感元件107。
如图1至图2所示，所述应变光纤光栅传感元件107通过光纤111与外部光纤解调仪进行连接，位于所述传感器保护壳109之外的光纤的外部采用了一层光纤保护套113进行包裹和保护，所述传感器保护壳109上设有供光纤穿过的硬质的套管112。
本发明提供的一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，温敏光纤光栅传感元件106浸没于传力导热内腔102的导热液体103中，因此可以同时测量到通过低弹性导热膜101传递到导热液103中的温度和压力变化；通过埋置于传感圆柱体108中的应变光纤光栅传感元件107进行压力测量，传感圆柱体108的压力主要通过上方的球铰支座104将上方隔热膜105受力均匀地传递，所述隔热膜105的作用主要为隔热传力，可以保证球铰支座104和传感圆柱体108只传递和测量压力这个单一物理量。温敏光纤光栅传感元件106与应变光纤光栅传感元件107通过光纤进行串联连接，两传感器的读数不仅可以联合测量土压力和温度的综合变化规律，还可以应用于单一物理量入土压力和温度的测量与分析。所述的应变光纤光栅传感元件107通过光纤与外部光纤解调仪进行连接，所述光纤外部采用了一层光纤保护套113进行包裹和保护，并于传感器外壳109与光纤保护套113连接部分采用了硬质的套管112进行连接和保护。
本发明提供的一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，通过设置两层膜，分别为低弹性导热膜101和隔热膜105，传感器可以将低弹性导热膜101上方作用的土压力均匀地传递至内部的传感圆柱体108中进行土压力测量。两层膜中设置传力导热内腔102并充满导热液体103，温敏光纤光栅传感元件106浸没于导热液体103内，可快速高效地监测到压力和温度的联合响应。应变光纤光栅传感元件107埋置于传感圆柱体108中，用于测量土压力的变化规律。所述传感器不仅可联合测量土压力和温度的综合变化规律，还可以应用于单一物理量入土压力和温度的测量与分析。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：包括传感器保护壳、测量温度变化的光纤光栅温度测量补偿部分和测量压力变化的光纤光栅压力传感部分，所述传感器保护壳上设有传力导热内腔，所述光纤光栅温度测量补偿部分、光纤光栅压力传感部分分别设置在所述传力导热内腔之内，所述光纤光栅温度测量补偿部分设置所述光纤光栅压力传感部分的顶部，所述光纤光栅温度测量补偿部分的受力可均匀传递至所述光纤光栅压力传感部分。
2.根据权利要求1所述的具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：所述光纤光栅温度测量补偿部分包括温敏光纤光栅传感元件、低弹性导热膜、隔热膜，所述低弹性导热膜、隔热膜之间充满导热液体，所述温敏光纤光栅传感元件位于所述低弹性导热膜、隔热膜之间，所述温敏光纤光栅传感元件被所述导热液体所包围。
3.根据权利要求2所述的具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：所述低弹性导热膜位于所述隔热膜之上。
4.根据权利要求3所述的具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：所述光纤光栅压力传感部分包括传感圆柱体、应变光纤光栅传感元件，所述应变光纤光栅传感元件埋置于所述传感圆柱体之内，所述隔热膜设置在所述传感圆柱体的顶部，所述应变光纤光栅传感元件与所述温敏光纤光栅传感元件通过光纤串联。
5.根据权利要求4所述的具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：所述传感圆柱体的顶部连接有球铰支座，所述隔热膜设置在所述球铰支座之上，所述低弹性导热膜的受力先后通过隔热膜、球铰支座、传感圆柱体均匀传递至所述应变光纤光栅传感元件。
6.根据权利要求4所述的具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：所述应变光纤光栅传感元件通过光纤与外部光纤解调仪进行连接，位于所述传感器保护壳之外的光纤的外部采用了一层光纤保护套进行包裹和保护，所述传感器保护壳上设有供光纤穿过的硬质的套管。
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