CN113008441B - 用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，包括有外壳、振动检测模块和压力检测模块，实现一个传感器具备多种用途的目的，其中，压力检测模块具备依次连接的压力室、弹簧管及第一等强度梁，第一等强度梁的上表面和下表面分别安装第一光纤光栅，位于相对表面的第一光纤光栅能够实现温度的自补偿，有利于提高检测的灵敏度，振动检测模块则包括质量球和第二等强度梁，第二等强度梁上安装有第二光纤光栅，由于第一等强度梁和第二等强度梁的自由端分别与外壳相接，使作用在外壳上的压力得以转化为集中力作用于第一等强度梁及第二等强度梁，能够解决压力/振动分布不均导致的测量误差问题，提高检测的准确度。

Description

用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器。

背景技术

防浪墙、冲击坝海岸附近的水压力和冲击振动力尤其对防浪墙、冲击坝产生很大的影响，因此若是能监测到防浪墙、冲击坝岸边的水压以及海风海浪对墙坝的冲击，则能提供理论基础。

光纤光栅传感器因具有尺寸小、分布式绝对测量、抗腐蚀能力强、抗干扰、易构成传感网络等优点，越来越受到人们的广泛关注，并被大量用于智能材料系统与结构健康监测系统。但其不足之处在于：对于压力测量的灵敏度还不够高，以及测量液位受液体密度和重力加速度的影响；目前的光纤光栅压力传感器大多是对于连续流体的测量，很少有对于像浪花一样不连续的流体压力的测量的传感器。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种多种用途集中于一体且检测的灵敏度高的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器。

根据本发明的第一方面实施例的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，包括外壳、设置在外壳内的振动检测模块和压力检测模块，其中，振动检测模块包括质量球及一端连接所述质量球的第二等强度梁，所述第二等强度梁的另一端延伸至与所述外壳相接，所述第二等强度梁上安装有第二光纤光栅；压力检测模块具有依次连接的压力室、弹簧管及第一等强度梁，所述外壳上设有与所述压力室接通的进液口，所述弹簧管和所述压力室连通，所述第一等强度梁的一端延伸至与所述外壳相接，所述第一等强度梁的上表面和下表面分别安装有第一光纤光栅。

根据本发明实施例的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，至少具有如下有益效果：此用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，包括有外壳、振动检测模块和压力检测模块，实现多种用途集中于一体的目的，其中，压力检测模块具备依次连接的压力室、弹簧管及第一等强度梁，第一等强度梁的上表面和下表面分别安装第一光纤光栅，位于相对表面的第一光纤光栅能够实现温度的自补偿，有利于提高检测的灵敏度，振动检测模块则包括质量球和第二等强度梁，第二等强度梁上安装有第二光纤光栅，由于第一等强度梁和第二等强度梁的自由端分别与外壳相接，使作用在外壳上的压力得以转化为集中力作用于第一等强度梁及第二等强度梁，能够解决压力/振动分布不均导致的测量误差问题，提高检测的准确度。

根据本发明的一些实施例，所述弹簧管和所述压力室之间设置有连接管，所述连接管的一端连接所述压力室且另一端连接所述弹簧管。

根据本发明的一些实施例，所述第一等强度梁垂直于所述连接管。

根据本发明的一些实施例，所述压力室的横截面面积自顶端向底端递减，所述压力室的底端形成与所述连接管接通的一号开口。

根据本发明的一些实施例，所述压力室的顶端开设与所述进液口接通的二号开口，所述二号开口上覆盖有顶盖，所述顶盖的材质为透水石。

根据本发明的一些实施例，所述第一等强度梁的上表面和下表面分别形成有第一凹槽，所述第一凹槽沿所述第一等强度梁的中轴线延伸，所述第一光纤光栅嵌设在所述第一凹槽内。

根据本发明的一些实施例，所述第二等强度梁的上表面开具第二凹槽，所述第二凹槽沿所述第二等强度梁的中轴线延伸，所述第二光纤光栅嵌设在所述第二凹槽内。

根据本发明的一些实施例，所述质量球和所述第二等强度梁之间可拆卸安装。

根据本发明的一些实施例，所述外壳包括底壁及固定在所述底壁上的侧围壁，所述进液口通过所述侧围壁的顶边围合形成，所述侧围壁的内侧形成分别供所述第一等强度梁、所述第二等强度梁的端部伸入滑动的第一环槽、第二环槽。

根据本发明的一些实施例，所述底壁上开设供所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅穿出的通孔。

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为本发明实施例的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器的纵向剖面图；

图2为本发明实施例的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器的内部结构图；

图3为本发明实施例的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器的外部结构图。

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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

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，本发明实施例的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，包括外壳1、设置在外壳1内的振动检测模块和压力检测模块。

具体地，压力检测模块具有依次连接的压力室21、弹簧管22及第一等强度梁23，外壳1上设有与压力室21接通的进液口，弹簧管22和压力室21连通，第一等强度梁23的一端延伸至与外壳1相接，第一等强度梁23的上表面和下表面分别安装有第一光纤光栅24；振动检测模块则包括了质量球及一端连接质量球31的第二等强度梁32，第二等强度梁32的另一端延伸至与外壳1相接，第二等强度梁32上安装有第二光纤光栅33。

根据本发明实施例的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其包括有外壳1、振动检测模块和压力检测模块，实现多种用途集中于一体的目的，其中，压力检测模块具备依次连接的压力室21、弹簧管22及第一等强度梁23，第一等强度梁23的上表面和下表面分别安装第一光纤光栅24，位于相对表面的第一光纤光栅24能够实现温度的自补偿，有利于提高检测的灵敏度，振动检测模块则包括质量球31和第二等强度梁32，第二等强度梁32上安装有第二光纤光栅33，由于第一等强度梁23和第二等强度梁32的自由端分别与外壳1相接，使作用在外壳1上的压力得以转化为集中力作用于第一等强度梁23及第二等强度梁32，能够解决压力/振动分布不均导致的测量误差问题，提高检测的准确度。

如图1所示，弹簧管22和压力室21之间设置有连接管25，连接管25的一端连接压力室21且另一端连接弹簧管22；具体地，弹簧管22与连接管25相连的一端形成开口，弹簧管22和第一等强度梁23连接的一端则为封闭状态，这样由连接管25流入弹簧管22的水流会对与第一等强度梁23连接的弹簧管22的封闭端产生压力，使第一等强度梁23产生弯曲应变，从而实现对液体压力的测量。其中，弹簧管22的设置能够提高压力测量过程中的灵敏性，增大压力测量的量程，从而满足不同情况的液体压力测量。进一步地，此实施例当中，第一等强度梁23垂直于连接管25。

更为具体地，此实施例中，外壳1包括了底壁11及固定在底壁11上的侧围壁12，其进液口通过侧围壁12的顶边围合形成，压力室21的顶端与进液口处于同一平面上，且压力室21的横截面面积自顶端向底端递减。如图1，压力室21呈漏斗型，这样便于不连续的浪花汇聚成流，便于测量。且该压力室21的底端形成与连接管25接通的一号开口；进一步地，压力室21的顶端开设与进液口接通的二号开口，二号开口上覆盖有顶盖26，其中，顶盖26的制作材质为透水石，如此不仅能够阻止液体中的杂质进入压力室21内，还能够确保液体无阻碍地顺利进入压力室21内，进而保证液体压力测量结果的准确性。由于在该实施例当中，二号开口的直径与进液口的直径相等，为了保证顶盖26对二号开口的完全覆盖，故设置顶盖26的直径不小于进液口的直径。

其中，组成外壳1的侧围壁12的内侧形成分别供第一等强度梁23、第二等强度梁32的端部伸入滑动的第一环槽、第二环槽。在液体压力的作用下，第一等强度梁23能够在第一环槽内进行滑动，同时，在液体振动的作用下，第二等强度梁32能够在第二环槽内实现滑移。参照图1，第一等强度梁23和第二等强度梁32相互平行，且二者处于同一平面上，因此，该实施例中的第一环槽和第二环槽合并形成一条环形槽道，以供第一等强度梁23及第二等强度进行滑移。更进一步地，底壁11上开设供第一光纤光栅24和第二光纤光栅33穿出的通孔；需要强调的是，在其他实施例中，通孔可开设在侧围壁12上。

在一些实施例中，为了提高第一光纤光栅24、第二光纤光栅33分别在第一等强度梁23、第二等强度梁32上的安装牢固度，保证测量操作的有效进行，第一等强度梁23的上表面和下表面分别形成有第一凹槽，第一凹槽沿第一等强度梁23的中轴线延伸，第一光纤光栅24嵌设在第一凹槽内，同时，第二等强度梁32的上表面开具第二凹槽，第二凹槽沿第二等强度梁32的中轴线延伸，第二光纤光栅33嵌设在第二凹槽内。可以理解的是，第一光纤光栅24与第一凹槽之间的间隙，以及第二光纤光栅33和第二凹槽之间的间隙通过粘连剂进行填充。

在一些实施例中，质量球31和第二等强度梁32之间为可拆卸安装；具体地，本实施例中，质量球31和第二等强度梁32卡接相连，质量球31上开设有槽口，与之匹配的，第二等强度梁32的固定端设置有可卡入槽口内的凸件。更进一步地，此实施例中，质量球31的直径为9mm，且其质量为9g。

本实施例的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，不仅能够用于检测沿岸海水对防浪墙、冲击坝的压力，还能够有效监测海水对防浪墙、冲击坝的冲击振动作用，实现了一个传感器多种用途的目的。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述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.用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：包括

外壳；

振动检测模块，配置在所述外壳内，所述振动检测模块包括质量球及一端连接所述质量球的第二等强度梁，所述第二等强度梁的另一端延伸至与所述外壳相接，所述第二等强度梁上安装有第二光纤光栅；以及

压力检测模块，设置于所述外壳内，所述压力检测模块具有依次连接的压力室、弹簧管及第一等强度梁，所述外壳上设有与所述压力室接通的进液口，所述弹簧管和所述压力室连通，所述第一等强度梁的一端延伸至与所述外壳相接，所述第一等强度梁的上表面和下表面分别安装有第一光纤光栅。

2.根据权利要求1所述的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：所述弹簧管和所述压力室之间设置有连接管，所述连接管的一端连接所述压力室且另一端连接所述弹簧管。

3.根据权利要求2所述的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：所述第一等强度梁垂直于所述连接管。

4.根据权利要求2所述的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：所述压力室的横截面面积自顶端向底端递减，所述压力室的底端形成与所述连接管接通的一号开口。

5.根据权利要求4所述的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：所述压力室的顶端开设与所述进液口接通的二号开口，所述二号开口上覆盖有顶盖，所述顶盖的材质为透水石。

6.根据权利要求1所述的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：所述第一等强度梁的上表面和下表面分别形成有第一凹槽，所述第一凹槽沿所述第一等强度梁的中轴线延伸，所述第一光纤光栅嵌设在所述第一凹槽内。

7.根据权利要求1所述的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：所述第二等强度梁的上表面开具第二凹槽，所述第二凹槽沿所述第二等强度梁的中轴线延伸，所述第二光纤光栅嵌设在所述第二凹槽内。

8.根据权利要求7所述的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：所述质量球和所述第二等强度梁之间可拆卸安装。

9.根据权利要求1至8任一项所述的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：所述外壳包括底壁及固定在所述底壁上的侧围壁，所述进液口通过所述侧围壁的顶边围合形成，所述侧围壁的内侧形成分别供所述第一等强度梁、所述第二等强度梁的端部伸入滑动的第一环槽、第二环槽。

10.根据权利要求9所述的用于测量液体压力和振动的光纤光栅传感器，其特征在于：所述底壁上开设供所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅穿出的通孔。

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