CN111044208A - 一种高静压低差压的光纤差压传感系统 - Google Patents

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朱家良
何鹏
杨婷婷
沈凤
饶云江
徐思捷
向美琼
吴茜
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Abstract

本发明提供了一种高静压低差压的光纤差压传感系统，包括封装外壳，以及位于所述封装外壳内的光纤差压传感系统，所述光纤差压传感系统包括两种结构，通过光纤传感器将差压转化为物理形变，并通过光纤传感器测量物理形变，从而测得压力差，能够有效地提高光纤差压传感器的测量精度。

Description

一种高静压低差压的光纤差压传感系统
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种高静压低差压的光纤差压传感系统。
背景技术
在光纤传感技术中，通过在光纤中传播的光感应外界各种被测物理量的变化，并且测量得到的信息可以通过光纤传输。由于光纤具有成本低、耐化学腐蚀、抗电磁干扰，传输损耗小等优势，使得光纤传感在长距离、复杂环境下测量有着独特的优势，加之随着现代光电子技术的快速发展，各种光电子器件的出现，从而加速光纤传感在工程领域的应用，并逐渐走向人们的生活当中。与传统的传感器相比，光纤传感器具有无源、抗电磁干扰、工作频带宽、动态范围大等优点。
目前，在高温、强振动、辐照等极端恶劣环境下使用的是传统的电学差压传感器，其具有耐高温能力弱、抗电磁干扰能力弱、设备尺寸大、耐事故能力弱等缺点，在极端恶劣环境下使用具有局限性。此外，差压传感器是测量流量的一种重要手段，可靠的差压传感器具有广阔的应用前景。现在市场上未有成熟的光纤差压传感器产品，基于此，本发明提出了一种高灵敏的高静压低差压光纤差压传感器。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种高静压低差压的光纤差压传感系统，将差压转化为物理形变，通过光纤传感器测量物理形变，从而测得压力差。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
本方案提供一种高静压低差压的光纤差压传感系统，包括封装外壳，以及位于所述封装外壳内的光纤差压传感系统。
进一步地，所述光纤差压传感系统包括压力管道以及两个限位移膜片，所述压力管道内设置有两个感压膜片，且所述两个感压膜片将所述压力管道分隔成位于所述压力管道两端的第一腔室和第二腔室，以及位于所述压力管道中间的第三腔室，其中：
所述第一腔室和第二腔室的管道壁上均设有通孔，且所述两个限位移膜片分别位于所述第一腔室和第二腔室。
再进一步地，所述第三腔室内设置有连接杆、悬梁臂、两个光纤传感器、光纤安装孔、增敏结构以及光纤传感器尾纤，其中：
所述悬梁臂的一端固定于所述连接杆上，其另一端固定于所述第三腔室的管道上；
所述两个光纤传感器分别固定于所述增敏结构上；
所述增敏结构的边缘固定于所述悬梁臂正反两面的对称位置上；
所述两个感压膜片通过所述连接杆连接；
所述光纤传感器尾纤穿过所述光纤安装孔与所述两个光纤传感连接。
再进一步地，所述光纤差压传感系统包括两个光纤传感器、感压膜片、两个限位移膜片、光纤传感器尾纤、增敏结构和两个压力管道，所述感压膜片将所述两个压力管道分成第一压力腔室和第二压力腔室，其中：
所述第一压力腔室和第二压力腔室上均设有通孔；
所述两个限位移膜片分别位于所述第一压力腔室和第二压力腔室室内；
所述两个光纤传感器固定于所述增敏结构上；
所述感压膜片上设有槽口，所述增敏结构的边缘固定于所述槽口上，且所述增敏结构固定于所述感压膜片正反两面的对称位置上；
所述感压膜片上还设有光纤安装孔，所述光纤传感器尾纤穿过所述光纤安装孔分别与所述两个光纤传感器连接。
再进一步地，所述两个限位移膜片上均设有若干个通孔。
再进一步地，所述增敏结构为工字型的金属片。
再进一步地，所述光纤传感器尾纤放置于塑料软管或不锈钢螺纹管内。
再进一步地，所述光纤传感器为光纤光栅传感器或光纤珐珀传感器。
本发明的有益效果：
(1)本发明的一种高灵敏的高静压低差压光纤差压传感器，通过两个感压膜片将管道进行密封分割为三个腔室，中间第三腔室采用连接杆与两个感压膜片连接，从而将两端的两个腔室的压力差转化为连接杆的位移变化，通过在连接杆上连接一悬梁臂，当连接杆位移发生变化，使得悬梁臂产生形变，通过两个光纤传感器对悬梁臂的形变进行正反测量，消除温度漂移，放大差压漂移为原来的两倍，提高了传感器的测量精度；
(2)本发明的一种高灵敏的高静压低差压光纤差压传感器，通过一个感压膜片感压，减少了中间传递的过程，通过两个光纤传感器对感压膜片的形变进行正反测量，消除温度漂移，放大差压漂移为原来的两倍，提高了传感器的测流精度；
(3)本发明中的增敏结构为一工字型的金属片，并只粘贴其上下两个边缘，有效地提高了传感器的灵敏度。
附图说明
图1为本实施例1中光纤差压传感器的结构整体图。
图2为本实施例1中光纤差压传感器的结构剖视图。
图3为本实施例1中2个光纤传感器与悬臂梁的安装位置示意图。
图4为本实施例2中光纤差压传感器的整体结构图。
图5为本实施例2中光纤差压传感器的结构剖视图。
图6为本实施例2中光纤差压传感器的安装位置示意图。
其中，1-封装外壳，2-压力管道，3-限位移膜片，4-感压膜片，5-连接杆，6-悬梁臂，7-光纤传感器，8-光纤传感器尾纤,9-增敏结构。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
如图1-图2所示，本发明的一种高灵敏的高静压低差压光纤差压传感器，通过两个感压膜片4将压力管道2进行密封分割为三个腔室，中间第三腔室采用连接杆5与两个感压膜片4连接，从而将两端的两个腔室的压力差转化为连接杆5的位移变化，通过在连接杆5上连接一悬梁臂6，当连接杆5位移发生变化，使得悬梁臂6产生形变，通过两个光纤传感器7对悬梁臂6的形变进行正反测量，消除温度漂移，放大差压漂移为原来的两倍，提高了传感器的测量精度。其采用的方案如下：
一种高静压低差压的光纤差压传感系统，包括封装外壳1，以及位于所述封装外壳1内的光纤差压传感系统，所述光纤差压传感系统包括压力管道2以及两个限位移膜片3，所述压力管道2内设置有两个感压膜片4，且所述两个感压膜片4将所述压力管道2分隔成位于所述压力管道2两端的第一腔室和第二腔室，以及位于所述压力管道中间的第三腔室，所述第一腔室和第二腔室的管道壁上均设有通孔，且所述两个限位移膜片3分别位于所述第一腔室和第二腔室，且限位移膜片3安装位置与该腔室的感压膜片4保持一定距离，此距离由差压大小决定，所述第三腔室内设置有连接杆5、悬梁臂6、两个光纤传感器7、光纤安装孔、光纤传感器尾纤8以及增敏结构9，所述悬梁臂6的一端固定于所述连接杆5上，其另一端固定于所述第三腔室的管道上；如图3所示，所述两个光纤传感器7分别固定于所述增敏结构9上，所述增敏结构9的边缘固定于所述悬梁臂6正反两面的对称位置上；所述两个感压膜片4通过所述连接杆5连接；所述光纤传感器尾纤8穿过所述光纤安装孔与所述两个光纤传感7连接。
本实施例中，当压力管道2两边产生压力差时，压力差使感压膜片4产生形变带动连接杆5发生位移，进而使悬梁臂8梁产生形变，通过对悬梁臂8形变的检测，即可得到管道两边的压力差。本发明中两个光纤传感器7先分别固定于所述增敏结构9上，并将增敏结构9的边缘固定于所述悬梁臂6正反两面的对称位置上，上述两个光纤传感器的波长漂移分别为，λ1＝λ1-0+ΔλT+λp，λ2＝λ2-0+ΔλT-λp，其中，λ1-0和λ2-0分别为两个光纤传感器的初始波长，Δλ为温度引起的波长漂移，λp为差压引起的波长漂移，两式相减后，温度漂移抵消，差压漂移放大为之前的两倍，因此提高传感器的测量精度。本实施例中，正反两面的对称位置指悬梁臂6因连接杆位移发生形变的对侧两面的位置，所述光纤传感器7可以是光纤光栅传感器或光纤珐珀传感器，所述光纤传感器尾纤8采用塑料软管和不锈钢螺纹管保护，光纤差压传感器具有限位移膜片，其与感压膜片4有一定距离，起保护作用，本实施例中，还采用外壳对该管道进行封装，以保护该光纤差压传感器。
实施例2
如图4-图5所示，本发明的一种高静压低差压的光纤差压传感系统，通过一个感压膜片3感压，减少了中间传递的过程，通过两个光纤传感器7对感压膜片3的形变进行正反测量，消除温度漂移，放大差压漂移为原来的两倍，提高了传感器的测量精度，其采用的方案如下：
一种高静压低差压的光纤差压传感系统，包括封装外壳1，以及位于所述封装外壳1内的光纤差压传感系统，所述光纤差压传感系统包括两个光纤传感器7、感压膜片4、两个限位移膜片3、光纤传感器尾纤8和两个压力管道2，所述感压膜片4将所述两个压力管道2分成第一压力腔室和第二压力腔室，所述第一压力腔室和第二压力腔室上均设有通孔；所述两个限位移膜片3分别位于所述第一压力腔室和第二压力腔室室内；所述感压膜片4上设有槽口，如图6所示，所述两个光纤传感器7放置于所述槽口上，并固定于所述增敏结构9上后再安装于所述感压膜片4正反两面的对称位置上；所述感压膜片4上还设有光纤安装孔，所述光纤传感器尾纤8穿过所述光纤安装孔分别与所述两个光纤传感器7连接。
本实施例中，当压力管道2两边产生压力差时，压力差使感压膜片3产生形变，通过对感压膜片3形变的检测，即可得到管道两边的压力差。本实施例中，所述感压膜片4上设有槽口，所述两个光纤传感器7先固定于所述增敏结构9上，再将所述增敏结构9的边缘部分固定于所述槽口上，并固定于所述感压膜片4正反两面的对称位置上，上述两个光纤传感器7的波长漂移分别为λ1＝λ1-0+ΔλT+λp，λ2＝λ2-0+ΔλT-λp，其中，λ1-0和λ2-0分别为两个光纤传感器的初始波长，Δλ为温度引起的波长漂移，λp为差压引起的波长漂移，两式相减后，温度漂移抵消，差压漂移放大为之前的两倍，因此提高传感器的测量精度。光纤传感器7可以是光纤光栅传感器、光纤珐珀传感器，光纤传感器尾纤8采用塑料软管和不锈钢螺纹管保护。传感器具有限位移膜片，其与感压膜片4有一定距离，起保护作用。本发明还采用封装外壳1对该压力管道2进行封装，以保护该光纤差压传感器。
本发明通过以上两种方案的设计，能将压力转化为物理形变，通过光纤传感器7测量物理形变，从而测得压力差，有效地提高了传感器的测量精度。

Claims (8)

1.一种高静压低差压的光纤差压传感系统，其特征在于，包括封装外壳(1)，以及位于所述封装外壳(1)内的光纤差压传感系统。
2.根据权利要求1所述的高静压低差压的光纤差压传感系统，其特征在于，所述光纤差压传感系统包括压力管道(2)以及两个限位移膜片(3)，所述压力管道(2)内设置有两个感压膜片(4)，且所述两个感压膜片(4)将所述压力管道(2)分隔成位于所述压力管道(2)两端的第一腔室和第二腔室，以及位于所述压力管道中间的第三腔室，其中：
所述第一腔室和第二腔室的管道壁上均设有通孔，且所述两个限位移膜片(3)分别位于所述第一腔室和第二腔室。
3.根据权利要求2所述的高静压低差压的光纤差压传感系统，其特征在于，所述第三腔室内设置有连接杆(5)、悬梁臂(6)、两个光纤传感器(7)、光纤安装孔、增敏结构(9)以及光纤传感器尾纤(8)，其中：
所述悬梁臂(6)的一端固定于所述连接杆(5)上，其另一端固定于所述第三腔室的管道上；
所述两个光纤传感器(7)分别固定于所述增敏结构(9)上；
所述增敏结构(9)的边缘固定于所述悬梁臂(6)正反两面的对称位置上；
所述两个感压膜片(4)通过所述连接杆(5)连接；
所述光纤传感器尾纤(8)穿过所述光纤安装孔与所述两个光纤传感(7)连接。
4.根据权利要求1所述的高静压低差压的光纤差压传感系统，其特征在于，所述光纤差压传感系统包括两个光纤传感器(7)、感压膜片(4)、两个限位移膜片(3)、光纤传感器尾纤(8)、增敏结构(9)和两个压力管道(2)，所述感压膜片(4)将所述两个压力管道(2)分成第一压力腔室和第二压力腔室，其中：
所述第一压力腔室和第二压力腔室上均设有通孔；
所述两个限位移膜片(3)分别位于所述第一压力腔室和第二压力腔室室内；
所述两个光纤传感器(7)固定于所述增敏结构(9)上；
所述感压膜片(4)上设有槽口，所述增敏结构(9)的边缘固定于所述槽口上，且所述增敏结构(9)固定于所述感压膜片(4)正反两面的对称位置上；
所述感压膜片(4)上还设有光纤安装孔，所述光纤传感器尾纤(8)穿过所述光纤安装孔分别与所述两个光纤传感器(7)连接。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的高静压低差压的光纤差压传感系统，其特征在于，所述两个限位移膜片(3)上均设有若干个通孔。
6.根据权利要求3-4中任意一项所述的高静压低差压的光纤差压传感系统，其特征在于，所述增敏结构(9)为工字型的金属片。
7.根据权利要求3-4中任意一项所述的高静压低差压的光纤差压传感系统，其特征在于，所述光纤传感器尾纤(8)放置于塑料软管或不锈钢螺纹管内。
8.根据权利要求1所述的高静压低差压的光纤差压传感系统，其特征在于，所述光纤传感器(7)为光纤光栅传感器或光纤珐珀传感器。
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