CN110631757A

CN110631757A - 基于波导结构的气体压强探测器及系统

Info

Publication number: CN110631757A
Application number: CN201911049550.1A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Jinhua Fuan Photoelectric Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou dongtinghe Intelligent Technology Development Co., Ltd
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2019-12-31
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: CN110631757B

Abstract

本发明涉及基于波导结构的气体压强探测器及系统，具体而言，涉及气体压强测量领域。该气体压强探测器包括：腔体、第一柔性部、第二柔性部、第一金属部、第二金属部、光纤、活塞和填充剂；当气体压强探测器检测气体压强的时候，光纤内有入射光，将气体从设置有活塞的地方充入，使得该第一金属部挤压第一柔性部，第二金属部挤压第二柔性部，进而使得该光纤、活塞、第一金属部和第二金属部之间形成了一个密闭空间的长度变短，宽度增大，使得该密闭空间内的共振波长变短，通过该共振波长的变化情况与密闭空间体积的变化情况，可以得到该密闭空间体积的变化情况，通过该密闭空间体积变化情况与气体压强的对应关系，可以得到该待测气体的压强。

Description

基于波导结构的气体压强探测器及系统

技术领域

本发明涉及气体压强测量领域，具体而言，涉及一种基于波导结构的气体压强探测器及系统。

背景技术

气体压强泛指气体对某一点施加的流体静力压强，气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的。

现有技术，根据根据理想气体定律pv=nRT对气体压强进行检测，其中，p为压强，v为气体的体积，n为气体的量，R为通用气体常量，T为气体的温度，通常通过测量该气体的量、气体的体积和气体的温度，然后进行数学计算，得到该气体的压强。

但是，一般测量气体的量、气体的体积和气体的温度需要三个仪器，测量过程不方便，且由于气体之间存在有较大的空隙，对气体的体积的测量也不准确，导致最终计算出的气体压强也不准确。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于波导结构的气体压强探测器及系统，以解决现有技术中测量过程不方便和最终计算出的气体压强也不准确的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于波导结构的气体压强探测器，气体压强探测器包括：腔体、第一柔性部、第二柔性部、第一金属部、第二金属部、光纤、活塞和填充剂；

腔体为空腔，空腔内部相对的两个面位置设置有第一柔性部和第二柔性部，第一柔性部和第二柔性部相对的位置分别设置有第一金属部和第二金属部，第一金属部和第二金属部之间形成了一个通道，腔体在通道对应的位置上开设有两个孔，通道和两个孔形成贯通腔体的通孔，通孔的一端设置有活塞，通孔的另一端设置有光纤，光纤、活塞、第一金属部和第二金属部之间形成了一个密闭空间，密闭空间内部填充有填充剂。

可选地，该气体压强探测器还包括金属膜，金属膜设置在活塞靠近填充剂的一侧。

可选地，该气体压强探测器还包括第三金属部，活塞上开设有孔，第三金属部设置在活塞上的孔的位置。

可选地，该第三金属部的材料为贵金属。

可选地，该填充剂包括：液体填充剂和气体填充剂。

可选地，该通孔的形状包括：长方体、倒“T”形和弯折形中任意一种。

可选地，该第一金属部、第二金属部的材料均为贵金属。

可选地，该贵金属包括：金、银和钼中至少一种。

第二方面，本发明实施例提供了另一种基于波导结构的气体压强探测系统，该气体压强探测系统包括：光源、共振波长检测装置和第一方面任意一项的气体压强探测器，光源、气体压强探测器和共振波长检测装置依次连接，光源用于发射光线到气体压强探测器上，共振波长检测装置用于检测气体压强探测器中的共振波长。

本发明的有益效果是：

本申请通过将腔体设置为空腔，空腔内部相对的两个面位置设置有第一柔性部和第二柔性部，第一柔性部和第二柔性部相对的位置分别设置有第一金属部和第二金属部，第一金属部和第二金属部之间形成了一个通道，腔体在通道对应的位置上开设有两个孔，通道和两个孔形成贯通腔体的通孔，通孔的一端设置有活塞，通孔的另一端设置有光纤，光纤、活塞、第一金属部和第二金属部之间形成了一个密闭空间，密闭空间内部填充有填充剂，当该气体压强探测器检测气体压强的时候，该气体压强探测器中的光纤内有光线，将气体从设置有活塞的地方充入，使得该第一金属部挤压第一柔性部，第二金属部挤压第二柔性部，进而使得该光纤、活塞、第一金属部和第二金属部之间形成了一个密闭空间的长度变短，宽度增大，使得该密闭空间内的共振波长变短，通过该共振波长的变化情况与密闭空间体积的变化情况，可以得到该密闭空间体积的变化情况，通过该密闭空间体积变化情况与气体压强的对应关系，可以得到该待测气体的压强。

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。

图1为本发明一实施例提供的一种基于波导结构的气体压强探测器的截面图；

图2为本发明一实施例提供的另一种基于波导结构的气体压强探测器的截面图；

图3为本发明一实施例提供的另一种基于波导结构的气体压强探测器的截面图；

图4为本发明一实施例提供的另一种基于波导结构的气体压强探测器的截面图。

图标：10-腔体；20-第一柔性部；30-第二柔性部；40-第一金属部；50-第二金属部；60-活塞；70-光纤；80-填充剂；90-金属膜；100-第三金属部。

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金属板实施例，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“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”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”、“安装”、“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。

图1为本发明一实施例提供的一种基于波导结构的气体压强探测器的截面图，如图1所示，本申请实施例提供一种基于波导结构的气体压强探测器，气体压强探测器包括：腔体10、第一柔性部20、第二柔性部30、第一金属部40、第二金属部50、光纤70、活塞60和填充剂80；腔体10为空腔，空腔内部相对的两个面位置设置有第一柔性部20和第二柔性部30，第一柔性部20和第二柔性部30相对的位置分别设置有第一金属部40和第二金属部50，第一金属部40和第二金属部50之间形成了一个通道，腔体10在通道对应的位置上开设有两个孔，通道和两个孔形成贯通腔体10的通孔，通孔的一端设置有活塞60，通孔的另一端设置有光纤70，光纤70、活塞60、第一金属部40和第二金属部50之间形成了一个密闭空间，密闭空间内部填充有填充剂80。

该气体压强探测器腔体10的形状可以为正方体，也可以为其他形状，为了清楚的说明，以该气体压强探测器腔体10的形状为正方体进行举例说明，该正方体腔体10为空腔，该空腔底部和顶部分别设置有第一柔性部20和第二柔性部30，使得该第一柔性部20和第二柔性部30相对设置，该第一柔性部20和第二柔性部30之间还剩余有空腔未被填充完全，该第一金属部40和第二金属部50填充在该第一柔性部20和第二柔性部30之间的空腔中，使得该第一金属和第二金属也相对设置，该第一金属、第二金属填充之后，该腔体10空腔内部还剩余有一个通道，在该通道两端对应的腔体10的腔壁上开设有两个孔，使得该通道和两个孔形成贯穿该腔体10的通孔，该通孔内设置有光纤70、活塞60和填充剂80，其中，光纤70和活塞60分别设置在改通孔的两端，使得该通孔中形成一个密闭的空间，该空间内填充有填充剂80，该密闭空间的一端的光纤70内有光线存在时，该密闭空间相当于一个谐振腔，由于该通孔的两端分别是第一金属和第二金属，使得该第一金属、填充剂80和第二金属之安静形成了金属-介质-金属的导波，当通孔的活塞60的一侧通入待测气体时，气体将力作用在该活塞60上，该活塞60将力传递到该填充剂80上，该填充剂80将力分别传递到该第一金属、第二金属和光纤70上，由于光纤70与该通孔固定连接，该第一金属和第二金属远离通孔的一侧分别设置有第一柔性部20和第二柔性部30，该第一柔性部20和第二柔性部30受力体积均会萎缩，使得该通孔内部的密闭空间长度变短，宽度变大，该密闭空间形成的谐振腔的共振波长变短，通过该共振波长的变化情况与密闭空间体积的变化情况，可以得到该密闭空间体积的变化情况，通过该密闭空间体积变化情况与气体压强的对应关系，可以得到该待测气体的压强，需要说明的是，该共振波长的变化情况与密闭空间的变化情况，根据实际测量得到，在此不做赘述，该密闭空间体积变化情况与其他压强的对应关系，根据实际测量得到，在此不做赘述；该第一柔性部20、第二柔性部30、第一金属部40和第二金属部50的体积根据实际情况进行设定，在此不做限定，一般的，该第一柔性部20、第二柔性部30、第一金属部40和第二金属部50的上下表面的表面积均相同；该密闭空间和该通孔的形状根据实际需要进行选择，在此不做限定。

可选地，该通道和两个孔形成贯通腔体10的通孔可以在该腔体10的中央位置，也可以在该腔体10的其他位置，在此不做限定。

图2为本发明一实施例提供的另一种基于波导结构的气体压强探测器的截面图，如图2所示，可选地，该气体压强探测器还包括金属膜90，金属膜90设置在活塞60靠近填充剂80的一侧。

该金属膜90设置在该活塞60与该填充剂80之间，使得该活塞60与该填充剂80之间形成表面等离极化激元，与入射的光形成共振，将入射的光重新反射到该光纤70中，以达到对光的波长进行测量的目的，进而确定该密闭空间内的共振波长，需要说明的是，该金属膜90的材料为贵金属材料，一般的该金属膜90的材料为金或者银，该金属膜90的表面积根据实际需要进行设置，在此不做限定，只要保证该金属膜90的表面积不大于该活塞60的表面积即可，该金属膜90可以是一层，也可以是多层，在此不做限定。

图3为本发明一实施例提供的另一种基于波导结构的气体压强探测器的截面图，如图3所示，可选地，该气体压强探测器还包括第三金属部100，活塞60上开设有孔，第三金属部100设置在活塞60上的孔的位置。

该第三金属部100设置在该活塞60上，该第三金属部100形成了表面等离极化激元，使得入射的光仅在该第三金属部100和填充剂80的接触的界面上进行传播，使得入射光具有更短的波长，以达到对光的波长进行测量的目的，进而确定该密闭空间内的共振波长，该第三金属部100的体积根据实际情况而定，在此不做限定，该第三金属部100一般可以设置在该活塞60的中央位置，也可以设置在其他位置，在此不做具体限定。

可选地，该第三金属部100的材料为贵金属。

该第三金属部100的材料可以为金或者银等贵金属单质组成，也可以为金或者银组成的混合金属，若该第三金属部100未金或银组成的混合金属组成，则该混合金属中金和银的比例根据实际需要进行设定，在此不做限定。

可选地，该填充剂80包括：液体填充剂80和气体填充剂80。

一般的，测量较小气体压力时，使用气体，因为气体易于产生形变，气体压力较小时，采用气体作为填充剂80使得测量误差较小；测量较大压力时，使用液体，因为液体不易于产生形变，气体压力较大时，因为气体之间具有较大的空隙，若气体压力较大时，采用气体作为填充剂80会压缩气体之间的空隙，从而使得测量误差较大，该填充剂80的种类根据实际情况进行选择，在此不做具体限定。

图4为本发明一实施例提供的另一种基于波导结构的气体压强探测器的截面图，如图4所示，可选地，该通孔的形状包括：长方体、倒“T”形和弯折形中任意一种。

当该通孔的形状为倒“T”形时，请参照图4，也就是该通孔的形状为靠近活塞60的一端较宽，靠近光纤70的一端较窄，使得该密闭空间相对于该通孔为长方体的时较窄，进而使得当待测气体进入该气体压强探测器时，该密闭空间形成的谐振腔的体积改变更加大，进而使得该气体压强探测器对气体压强的测量更加准确；当该通孔为弯折形时（图中未示出），也就是该通孔部位对称形状，且具有拐点，使得该气体压强探测器中的通孔在光学上存在一些奇点，具有多个共振波长，且当该弯折形靠近光纤70的一端比靠近活塞60的一端较窄时，使得该光线与该气体压强探测器的共振峰变窄，进而使得该气体压强探测器对气体压强的测量更加准确，在此方案中，实现了光路与流体路径的分离，可以分别调控，提出了一种新思路，进一步使得该气体压强探测器对气体压强的测量更加准确。

可选地，该第一金属部40、第二金属部50的材料均为贵金属。

可选地，该贵金属包括：金、银和钼中至少一种。

该第一金属部40和第二金属部50的材料相同，且均为贵金属材料，该第一金属部40和第二金属部50的材料可以为金、银和钼中的任意一种金属单质，也可以为金、银和钼组成的混合金属，当该第一金属部40和该第二金属部50为金、银和钼组成的混合金属时，该混合金属中的金、银和钼的比例根据实际需要进行设定，在此不做具体限定。

本申请通过将腔体10设置为空腔，空腔内部相对的两个面位置设置有第一柔性部20和第二柔性部30，第一柔性部20和第二柔性部30相对的位置分别设置有第一金属部40和第二金属部50，第一金属部40和第二金属部50之间形成了一个通道，腔体10在通道对应的位置上开设有两个孔，通道和两个孔形成贯通腔体10的通孔，通孔的一端设置有活塞60，通孔的另一端设置有光纤70，光纤70、活塞60、第一金属部40和第二金属部50之间形成了一个密闭空间，密闭空间内部填充有填充剂80，当该气体压强探测器检测气体压强的时候，该气体压强探测器中的光纤70内有光线，将气体从设置有活塞60的地方充入，使得该第一金属部40挤压第一柔性部20，第二金属部50挤压第二柔性部30，进而使得该光纤70、活塞60、第一金属部40和第二金属部50之间形成了一个密闭空间的长度变短，宽度增大，使得该密闭空间内的共振波长变短，通过该共振波长的变化情况与密闭空间体积的变化情况，可以得到该密闭空间体积的变化情况，通过该密闭空间体积变化情况与气体压强的对应关系，可以得到该待测气体的压强。

本申请实施例还提供了一种基于波导结构的气体压强探测系统，装置包括：光源、共振波长检测装置和上述任意一项的气体压强探测器，光源、气体压强探测器和共振波长检测装置依次连接，光源用于发射光线到气体压强探测器上，共振波长检测装置用于检测气体压强探测器中的共振波长。

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

1.一种基于波导结构的气体压强探测器，其特征在于，所述气体压强探测器包括：腔体、第一柔性部、第二柔性部、第一金属部、第二金属部、光纤、活塞和填充剂；

所述腔体为空腔，所述空腔内部相对的两个面位置设置有所述第一柔性部和所述第二柔性部，所述第一柔性部和所述第二柔性部相对的位置分别设置有所述第一金属部和第二金属部，所述第一金属部和所述第二金属部之间形成了一个通道，所述腔体在所述通道对应的位置上开设有两个孔，所述通道和所述两个孔形成贯通所述腔体的通孔，所述通孔的一端设置有所述活塞，所述通孔的另一端设置有所述光纤，所述光纤、所述活塞、所述第一金属部和所述第二金属部之间形成了一个密闭空间，所述密闭空间内部填充有所述填充剂。

2.根据权利要求1所述的基于波导结构的气体压强探测器，其特征在于，所述气体压强探测器还包括金属膜，所述金属膜设置在所述活塞靠近所述填充剂的一侧。

3.根据权利要求1所述的基于波导结构的气体压强探测器，其特征在于，所述气体压强探测器还包括第三金属部，所述活塞上开设有孔，所述第三金属部设置在所述活塞上的孔的位置。

4.根据权利要求3所述的基于波导结构的气体压强探测器，其特征在于，所述第三金属部的材料为贵金属。

5.根据权利要求1所述的基于波导结构的气体压强探测器，其特征在于，所述填充剂包括：液体填充剂和气体填充剂。

6.根据权利要求1所述的基于波导结构的气体压强探测器，其特征在于，所述通孔的形状包括：长方体、倒“T”形和弯折形中任意一种。

7.根据权利要求1所述的基于波导结构的气体压强探测器，其特征在于，所述第一金属部、所述第二金属部的材料均为贵金属。

8.根据权利要求7所述的基于波导结构的气体压强探测器，其特征在于，所述贵金属包括：金、银和钼中至少一种。

9.一种基于波导结构的气体压强探测系统，其特征在于，所述气体压强探测系统包括：光源、共振波长检测装置和权利要求1-8任意一项所述的气体压强探测器，所述光源、所述气体压强探测器和所述共振波长检测装置依次连接，所述光源用于发射光线到所述气体压强探测器上，所述共振波长检测装置用于检测所述气体压强探测器中的共振波长。