CN112729400A - 一种流速和液体压力两用传感器 - Google Patents

一种流速和液体压力两用传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种流速和液体压力两用传感器，主要由主体、传力杆、底盖和增敏材料基底组成。主体包括第一膜片、侧壁、第二膜片和第三膜片。传力杆的一端固定在第一膜片的内侧，另一端固定在侧壁上，传力杆上设置有第一光纤光栅传感器。底盖设置在侧壁的另一侧端口，底盖上设置有第二光纤光栅传感器。增敏材料基底设置在第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器外周，使得第一光纤光栅传感器与第一膜片、第二光纤光栅传感器与底盖结合为一体，大大降低了传递压力的损耗，实现协同变形。流速和液体压力两用传感器能够实现流速和液体压力的同时测量，增敏材料基底能够降低压力传递的损耗，提高测量精度。

Description

一种流速和液体压力两用传感器
技术领域
本发明涉及光纤光栅量测技术领域，特别涉及一种流速和液体压力两用传感器。
背景技术
现有的传感器都比较的单一，并且由于光纤光栅十分的脆弱，在南海恶劣工作环境下很容易被破坏，达不到预期的监测效果；其次，复杂的海洋环境中，多种因素影响着光纤光栅波长的飘移，很难精准的测出相关的参数，从而对防浪堤进行安全监测。现有的传感器虽然已经使得光纤光栅可以测出水压或者流速，但是不能满足在复杂的海洋环境下，用于南海岛礁工程的防浪堤健康监测，光纤光栅在海洋中测流速时会受到水压和温度对光纤光栅的影响，测水压时会受到温度对光纤光栅的影响。且现有的测量装置自生材料有一定的耐压性，其对测量数据会产生一定的误差。为了利用光纤光栅监测防浪堤，确保其稳定性，需要一款改良的传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流速和液体压力两用传感器，能够实现流速和液体压力同时检测。
本发明所采用的技术方案是：一种流速和液体压力两用传感器，包括：
主体，包括第一膜片、侧壁、第二膜片和第三膜片，所述侧壁环绕设置在第一膜片外圈且所述第一膜片设置在所述侧壁的一侧端口，所述侧壁环绕形成的空间内设置有第二膜片和第三膜片，所述第一膜片、侧壁和第二膜片围成第一空腔，所述第二膜片、侧壁和第三膜片围成第二空腔；
传力杆，包括顶杆和承压杆，所述顶杆固定在所述第一膜片的内侧，所述承压杆固定在位于所述第一空腔的侧壁上，所述承压杆上设置有第一凹槽，所述第一凹槽内设置有第一光纤光栅传感器；
底盖，设置在所述侧壁的另一侧端口，所述底盖、侧壁和第三膜片围成第三空腔，所述底盖上设置有第二凹槽，所述第二凹槽内设置有第二光纤光栅传感器；
增敏材料基底，分别设置在所述第一凹槽与第一光纤光栅传感器之间、第二凹槽与第二光纤光栅传感器之间。
有益效果：该流速和液体压力两用传感器设置为三层一体式结构，将第一光纤光栅传感器设置在传力杆上，通过传力杆与第一膜片协同变形，从而实现液体流速的检测，将第二光纤光栅传感器设置在底盖上，且设置有第二空腔间隔开，第三膜片不会干扰底盖的变形，形成水压差作用在底盖上，带动底盖变形，从而使第二光纤光栅传感器发生波长漂移，能够实现流速和液体压力的同时测量，解决了裸光纤光栅难以直接应用于实际工程的问题，该第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器与增敏材料基底紧密结合，能够降低压力传递的损耗，提高测量精度。
进一步地，所述流速和液体压力两用传感器还包括环境补偿光纤光栅传感器，所述第一膜片的内侧设置有第三凹槽，所述环境补偿光纤光栅传感器固定在所述第三凹槽内。
进一步地，所述第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的凹槽截面为半圆形或方形。
进一步地，所述第一膜片朝向第一空腔的一侧设置有第一内接口，位于所述第一空腔的侧壁上设置有第二内接口，所述顶杆的一端设置在所述第一内接口内，所述承压杆的一端设置在所述第二内接口内。
进一步地，所述第一内接口和第二内接口设置为十字形，所述顶杆的一端和承压杆的一端均设置有十字形卡扣。
进一步地，位于所述第二空腔的侧壁上设置有多个流水通孔。
进一步地，所述流水通孔设置在所述侧壁的两侧且呈线性矩阵分布。
进一步地，所述第二光纤光栅传感器上设置有负热膨胀管。
进一步地，所述侧壁外侧朝同一方向设置有第一保护手柄和第二保护手柄，分别用于所述第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器穿出所述侧壁。
进一步地，所述底盖上还设置有固定块，所述侧壁的另一端端口处还设置有与固定块相对应的固定槽，所述底盖与主体通过所述固定块固定连接。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明：
图1为本发明实施例的内部结构剖面图；
图2为本发明实施例的主体结构示意图；
图3为本发明实施例的底盖结构示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，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。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图3，本发明实施例提供一种流速和液体压力两用传感器，主要由主体、传力杆、底盖3和增敏材料基底组成。该主体包括第一膜片101、侧壁104、第二膜片102和第三膜片103，该侧壁104环绕设置在第一膜片101外圈且该第一膜片101设置在该侧壁104的一侧端口，该侧壁104环绕形成的空间内设置有第二膜片102和第三膜片103，该第一膜片101、侧壁104和第二膜片102围成第一空腔，该第二膜片102、侧壁104和第三膜片103围成第二空腔。该传力杆包括顶杆201和承压杆202，该顶杆201固定在该第一膜片101的内侧，该承压杆202固定在位于该第一空腔的侧壁104上，该承压杆202上设置有第一凹槽，该第一凹槽内设置有第一光纤光栅传感器401。该底盖3设置在该侧壁104的另一侧端口，该底盖3、侧壁104和第三膜片103围成第三空腔，该底盖3上设置有第二凹槽，该第二凹槽内设置有第二光纤光栅传感器402。该增敏材料基底分别设置在该第一凹槽与第一光纤光栅传感器401之间、第二凹槽与第二光纤光栅传感器402之间，使得第一光纤光栅传感器401与第一膜片101、第二光纤光栅传感器402与底盖3结合为一体，大大降低了传递压力的损耗，实现协同变形。该流速和液体压力两用传感器设置为三层一体式结构，将第一光纤光栅传感器401设置在传力杆上，通过传力杆与第一膜片101协同变形，从而实现液体流速的检测，将第二光纤光栅传感器402设置在底盖3上，且设置有第二空腔间隔开，第三膜片103不会干扰底盖3的变形，形成水压差作用在底盖3上，带动底盖3变形，从而使第二光纤光栅传感器402发生波长漂移，能够实现流速和液体压力的同时测量，解决了裸光纤光栅难以直接应用于实际工程的问题，该第一光纤光栅传感器401和第二光纤光栅传感器402与增敏材料基底紧密结合，能够降低压力传递的损耗，提高测量精度。
优选的，该流速和液体压力两用传感器还包括环境补偿光纤光栅传感器403，该第一膜片101的内侧设置有第三凹槽，该环境补偿光纤光栅传感器403固定在该第三凹槽内。该环境补偿光纤光栅传感器403能够消除第一光纤光栅传感器401在测量流速时，温度和水压对其影响，提高测量精度。
优选的，该第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的凹槽截面为半圆形或方形且设置有一定深度，保证第一光纤光栅传感器401、第二光纤光栅传感器402、环境补偿光纤光栅能够分别稳定的固定在第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽内，避免外露。
优选的，该第一膜片101朝向第一空腔的一侧设置有第一内接口，位于该第一空腔的侧壁104上设置有第二内接口，该顶杆201的一端设置在该第一内接口内，该承压杆202的一端设置在该第二内接口内。通过第一内接口和第二内接口实现传力杆的固定，结构简单，传递效果好。
优选的，该第一内接口和第二内接口设置为十字形，该顶杆201的一端和承压杆202的一端均设置有十字形卡扣。
优选的，位于该第二空腔的侧壁104上设置有多个流水通孔。该流水通孔设置在该侧壁104的两侧且呈线性矩阵分布。具体的，在第二空腔处的侧壁104两侧分别开设有三排五列，共三十个流水通孔，以减少第一空腔对第三空腔的影响，提高测量流速和水压力的精度。
优选的，第二光纤光栅传感器402上设置有负热膨胀管6，该第二光纤光栅传感器402穿过负热膨胀管6后铺设在增敏材料基底中并固定连接在第二凹槽内，采用负热膨胀管6能够进一步消除结构内温度变化造成的测量误差，将第二光纤光栅传感器402与增敏材料基底间隔开来，提高该第二光纤光栅传感器402的测量精确度。
优选的，该侧壁104外侧朝同一方向设置有第一保护手柄501和第二保护手柄502，分别用于该第一光纤光栅传感器401、第二光纤光栅传感器402穿出该侧壁104，便于该第一光纤光栅传感器401、第二光纤光栅传感器402以同一方向接入光纤光栅解调仪。
优选的，该底盖3上还设置有固定块，该侧壁104的另一端端口处还设置有与固定块相对应的固定槽，该底盖3与主体通过该固定块固定连接。具体的，该固定块为三块圆弧条块，该固定块能够与侧壁104的底侧截面上的固定槽相契合从而使主体与底盖3固定连接。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在该技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种流速和液体压力两用传感器，其特征在于，包括：
主体，包括第一膜片、侧壁、第二膜片和第三膜片，所述侧壁环绕设置在第一膜片外圈且所述第一膜片设置在所述侧壁的一侧端口，所述侧壁环绕形成的空间内设置有第二膜片和第三膜片，所述第一膜片、侧壁和第二膜片围成第一空腔，所述第二膜片、侧壁和第三膜片围成第二空腔；
传力杆，包括顶杆和承压杆，所述顶杆固定在所述第一膜片的内侧，所述承压杆固定在位于所述第一空腔的侧壁上，所述承压杆上设置有第一凹槽，所述第一凹槽内设置有第一光纤光栅传感器；
底盖，设置在所述侧壁的另一侧端口，所述底盖、侧壁和第三膜片围成第三空腔，所述底盖上设置有第二凹槽，所述第二凹槽内设置有第二光纤光栅传感器；以及
增敏材料基底，分别设置在所述第一凹槽与第一光纤光栅传感器之间、第二凹槽与第二光纤光栅传感器之间。
2.根据权利要求1所述的流速和液体压力两用传感器，其特征在于：所述流速和液体压力两用传感器还包括环境补偿光纤光栅传感器，所述第一膜片的内侧设置有第三凹槽，所述环境补偿光纤光栅传感器固定在所述第三凹槽内。
3.根据权利要求2所述的流速和液体压力两用传感器，其特征在于：所述第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的凹槽截面为半圆形或方形。
4.根据权利要求1所述的流速和液体压力两用传感器，其特征在于：所述第一膜片朝向第一空腔的一侧设置有第一内接口，位于所述第一空腔的侧壁上设置有第二内接口，所述顶杆的一端设置在所述第一内接口内，所述承压杆的一端设置在所述第二内接口内。
5.根据权利要求4所述的流速和液体压力两用传感器，其特征在于：所述第一内接口和第二内接口设置为十字形，所述顶杆的一端和承压杆的一端均设置有十字形卡扣。
6.根据权利要求1所述的流速和液体压力两用传感器，其特征在于：位于所述第二空腔的侧壁上设置有多个流水通孔。
7.根据权利要求6所述的流速和液体压力两用传感器，其特征在于：所述流水通孔设置在所述侧壁的两侧且呈线性矩阵分布。
8.根据权利要求1所述的流速和液体压力两用传感器，其特征在于：所述第二光纤光栅传感器上设置有负热膨胀管。
9.根据权利要求1所述的流速和液体压力两用传感器，其特征在于：所述侧壁外侧朝同一方向设置有第一保护手柄和第二保护手柄，分别用于所述第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器穿出所述侧壁。
10.根据权利要求1所述的流速和液体压力两用传感器，其特征在于：所述底盖上还设置有固定块，所述侧壁的另一端端口处还设置有与固定块相对应的固定槽，所述底盖与主体通过所述固定块固定连接。
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