CN113804119A - 一种耐高温高压光纤应变传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温高压光纤应变传感器，包括增敏基底、第一耐高温金属光纤、第二耐高温金属光纤、耐高温毛细管、第一压片和第二压片；所述增敏基底进行了减薄，以提高所述增敏基底的应变灵敏度；所述增敏基底用于支撑所述第一耐高温金属光纤、第二耐高温金属光纤和耐高温毛细管；所述第一耐高温金属光纤和第二耐高温金属光纤分别从所述耐高温毛细管的两端开口穿入所述耐高温毛细管中形成光学珐珀腔；所述第一压片固定在所述第一耐高温金属光纤上，所述第二压片固定在所述第二耐高温金属光纤上。本发明体积小，能够在高温高压的条件下长期工作，且具有抗电磁干扰能力强、测量精度高等优点。

Description

一种耐高温高压光纤应变传感器

技术领域

本发明属于高温应变传感器技术领域，具体涉及一种耐高温高压光纤应变传感器。

背景技术

应变是一种能够反映结构与材料的力学特性重要的物理量，从结构与材料所受应力分布的情况可以推导其内部强度特性，最后得到各种构件实际承受的载荷大小。因此，应变测量是材料的特性、结构的强度、机械的受力情况以及工业无损探伤等领域都非常适用。目前使用最多的传统应变测量技术、方法以及理论模型已经非常成熟，在许多环境中都能够实现精确的应变测量。由于金属应变片和半导体应变片都是电类测量方式，电路结构易受强电磁干扰且不耐高温的特性，使得它们在一些特定场合将会影响测量效果甚至无法使用。比如在核电关键设备监测中，工作环境高，电磁干扰也比较大，并且测量部位可能处于高压水环境中。这些工作环境因素需要一种新型的测量技术来实现其应变测量。

发明内容

为了解决现有应变传感器不能够长时间稳定工作如核电关键设备监测等特定场合的技术问题，本发明提供了一种耐高温高压光纤应变传感器。本发明体积小，能够在高温高压的条件下长期工作，且具有抗电磁干扰能力强、测量精度高等优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种耐高温高压光纤应变传感器，包括增敏基底、第一耐高温金属光纤、第二耐高温金属光纤、耐高温毛细管、第一压片和第二压片；

其中，所述增敏基底进行了减薄，以提高所述增敏基底的应变灵敏度；

所述增敏基底用于支撑所述第一耐高温金属光纤、第二耐高温金属光纤和耐高温毛细管；

所述第一耐高温金属光纤和第二耐高温金属光纤分别从所述耐高温毛细管的两端开口穿入所述耐高温毛细管中形成光学珐珀腔；

所述第一压片固定在所述第一耐高温金属光纤上，所述第二压片固定在所述第二耐高温金属光纤上。

优选的，本发明的增敏基底包括支撑基座；

在所述支撑基座上沿其长度方向依次成型有簧圈、减薄支撑和簧圈；

所述簧圈和减薄支撑的上表面与所述支撑基座的上表面齐平；且所述簧圈和减薄支撑的厚度小于所述支撑基座的厚度。

优选的，本发明的支撑基座左右两端的上表面分别设置有第一光纤安装槽和第二光纤安装槽；

所述第一光纤安装槽用于固化支撑所述第一耐高温金属光纤；

所述第二光纤安装槽用于固化支撑所述第二耐高温金属光纤。

优选的，本发明的减薄支撑的上表面设置有毛细管安装槽；

所述毛细管安装槽用于支撑所述耐高温毛细管。

优选的，本发明的支撑基座左右两端的下表面分别通过一焊接点与被测对象进行焊接。

优选的，本发明的支撑基座靠近所述第二光纤安装槽的一端设置有玻璃纤维安装槽，用于安装耐高温玻璃纤维套管；

所述耐高温玻璃纤维套管用于保护所述第二耐高温金属光纤的尾纤。

优选的，本发明的增敏基底采用的材料和被测对象采用的材料相同。

优选的，本发明的耐高温毛细管与所述第一耐高温金属光纤、所述第二耐高温金属光纤的接触点利用耐高温硅橡胶进行固定。

优选的，本发明利用耐高温无机胶将所述第一耐高温金属光纤固化在所述增敏基底的第一光纤安装槽中，利用耐高温无机胶将所述第二耐高温金属光纤固化在所述增敏基底的第二光纤安装槽中。

优选的，本发明的第一压片的底部设置有第一矩形槽，用于在固化所述第一耐高温金属光纤时保护光纤不被压断；

所述第二压片的底部设置有第二矩形槽，用于在固化所述第二耐高温金属光纤时保护光纤不被压断。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明提出一种新的光纤珐珀应变传感器结构，体积小，能够在最高温度350℃，最大工作压力17Mpa，以及水环境条件下长期工作，抗电磁干扰能力强，测量精度高，解决了核电领域关键设备工程测试领域的应变测试难题，填补了国内关于核电领域关键设备工程测试领域的应变测试传感器的空白。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的传感器结构示意图。

图2为本发明的增敏基底结构俯视图。

图3为本发明的增敏基底结构正视图。

图4为本发明的第一压片结构示意图。

图5为图4的底视图。

图6为本发明的第二压片结构示意图。

图7为图5的底视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-增敏基底，2-第一耐高温金属光纤，3-第二耐高温金属光纤，4-耐高温毛细管，5-第一压片，6-第二压片，7-耐高温玻璃纤维套管，1-1-毛细管安装槽，1-2-第一光纤安装槽，1-3-第二光纤安装槽，1-4-玻璃纤维安装槽，1-5-簧圈，1-6-减薄支撑，1-7-焊接点，1-8-支撑基座，5-1-第一矩形槽，6-1-第二矩形槽。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本实施例提供了一种耐高温高压光纤应变传感器，光纤传感技术是一种高精度测量技术；光纤本身具有传输速度快、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、耐高温和安全性高等优点，因此在航空航天、能源、建筑等工业和军事领域得到了广泛的应用。光纤法珀传感器是光纤传感器中的典型代表，随着各种高精度加工和装配技术的发展，出现了多种类型的光纤法珀传感器。光纤法珀传感器可用不同的形式构建法珀腔，传感器的形态灵活多变，可用于多种不同的测量环境，同时光纤法珀传感器结构简单，不易受环境的影响，分辨率高且解调速度较高，已广泛应用于各种生物、医学、航空、航天、核电等领域的检测。

因此，本实施例提出的应变传感器基于光纤珐珀传感器原理构建的，其具体结构如图1所示，该传感器主要由增敏基底1、第一耐高温金属光纤2、第二耐高温金属光纤3、耐高温毛细管4、第一压片5和第二压片6构成。

具体如图2-3所示，本实施例的增敏基底1包括支撑基座1-8；在支撑基座1-8上沿其长度方向依次成型有簧圈1-5、减薄支撑1-6、簧圈1-5，且支撑基座1-8的厚度尺寸大于簧圈1-5、减薄支撑1-6的厚度尺寸，即簧圈1-5和减薄支撑1-6的厚度与支撑基座1-8相比进行了减薄，以提高增敏结构的应变灵敏度。本实施例的簧圈1-5和减薄支撑1-6的上表面与支撑基座1-8的上表面位于同一平面。

支撑基座1-8左右两端的上表面(顶部)分别设置有第一光纤安装槽1-2和第二光纤安装槽1-3，用于分别支撑第一耐高温金属光纤2和第二耐高温金属光纤3；减薄支撑1-6的上表面(顶部)设置有毛细管安装槽1-1，用于支撑耐高温毛细管4。

支撑基座1-8左右两端的下表面(底部)分别通过焊接点1-7与被测件进行焊接，即本实施例通过点焊的方式进行传感器安装，提高了应变传递的灵敏度。

支撑基座1-8的右端(即靠近第二光纤安装槽1-3的一端)设置有玻璃纤维安装槽1-4，用于安装耐高温玻璃纤维套管7。

本实施例的增敏基底1采用的材料和被测对象的采用的材料一致，保证焊接的可靠性和温度变化的一致性。

如图1-3所示，耐高温毛细管4固定在增敏基底1上，本实施例利用耐高温无机胶将耐高温毛细管4固定在增敏基底1的毛细管安装槽1-1中。

第一耐高温金属光纤2和第二耐高温金属光纤3分别从耐高温毛细管4的两端开口穿入耐高温毛细管4形成光学珐珀腔，耐高温毛细管4与第一耐高温金属光纤2、第二耐高温金属光纤3的接触点利用耐高温硅橡胶进行固定，硅橡胶的作用为密封和导向，确保传感器受力变形时珐珀腔的平行度。

第一耐高温金属光纤2和第二耐高温金属光纤3的位于耐高温毛细管4以外的部分固定在增敏基底1上，本实施例利用耐高温无机胶将第一耐高温金属光纤2固化在增敏基底1的第一光纤安装槽1-2中，利用耐高温无机胶将第二耐高温金属光纤3固化在增敏基底1的第二光纤安装槽1-3中。

本实施例利用高温无机胶将第一压片5固定在第一耐高温金属光纤2上，利用高温无机胶将第二压片固定在第二耐高温金属光纤3上，第一压片5的底部设置有第一矩形槽5-1，如图4-5所示，第一矩形槽5-1用于在固化第一耐高温金属光纤2时能够保护光纤不被压断；第二压片6的底部设置有第二矩形槽6-1，如图6-7所示，第二矩形槽6-1用于在固化第二耐高温金属光纤3时能够保护光纤不被压断。

第二耐高温金属光纤3的尾纤由耐高温玻璃纤维套7保护，耐高温玻璃纤维套7固定在增敏基底1上，本实施例通过高温无机胶将耐高温玻璃纤维套7固化在增敏基底1上的玻璃纤维安装槽1-4中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，包括增敏基底(1)、第一耐高温金属光纤(2)、第二耐高温金属光纤(3)、耐高温毛细管(4)、第一压片(5)和第二压片(6)；

其中，所述增敏基底(1)进行了减薄，以提高所述增敏基底(1)的应变灵敏度；

所述增敏基底(1)用于支撑所述第一耐高温金属光纤(2)、第二耐高温金属光纤(3)和耐高温毛细管(4)；

所述第一耐高温金属光纤(2)和第二耐高温金属光纤(3)分别从所述耐高温毛细管(4)的两端开口穿入所述耐高温毛细管(4)中形成光学珐珀腔；

所述第一压片(5)固定在所述第一耐高温金属光纤(2)上，所述第二压片(6)固定在所述第二耐高温金属光纤(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，所述增敏基底(1)包括支撑基座(1-8)；

在所述支撑基座(1-8)上沿其长度方向依次成型有簧圈(1-5)、减薄支撑(1-6)和簧圈(1-5)；

所述簧圈(1-5)和减薄支撑(1-6)的上表面与所述支撑基座(1-8)的上表面齐平；且所述簧圈(1-5)和减薄支撑(1-6)的厚度小于所述支撑基座(1-8)的厚度。

3.根据权利要求2所述的一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，所述支撑基座(1-8)左右两端的上表面分别设置有第一光纤安装槽(1-2)和第二光纤安装槽(1-3)；

所述第一光纤安装槽(1-2)用于固化支撑所述第一耐高温金属光纤(2)；

所述第二光纤安装槽(1-3)用于固化支撑所述第二耐高温金属光纤(3)。

4.根据权利要求2所述的一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，所述减薄支撑(1-6)的上表面设置有毛细管安装槽(1-1)；

所述毛细管安装槽(1-1)用于支撑所述耐高温毛细管(4)。

5.根据权利要求2所述的一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，所述支撑基座(1-8)左右两端的下表面分别通过一焊接点(1-7)与被测对象进行焊接。

6.根据权利要求3所述的一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，所述支撑基座(1-8)靠近所述第二光纤安装槽(1-3)的一端设置有玻璃纤维安装槽(1-4)，用于安装耐高温玻璃纤维套管(7)；

所述耐高温玻璃纤维套管(7)用于保护所述第二耐高温金属光纤(3)的尾纤。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，所述增敏基底(1)采用的材料和被测对象采用的材料相同。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，所述耐高温毛细管(4)与所述第一耐高温金属光纤(2)、所述第二耐高温金属光纤(3)的接触点利用耐高温硅橡胶进行固定。

9.根据权利要求1-6任一项所述的一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，利用耐高温无机胶将所述第一耐高温金属光纤(2)固化在所述增敏基底(1)的第一光纤安装槽(1-2)中，利用耐高温无机胶将所述第二耐高温金属光纤(3)固化在所述增敏基底(1)的第二光纤安装槽(1-3)中。

10.根据权利要求1-6任一项所述的一种耐高温高压光纤应变传感器，其特征在于，所述第一压片(5)的底部设置有第一矩形槽(5-1)，用于在固化所述第一耐高温金属光纤(2)时保护光纤不被压断；

所述第二压片(6)的底部设置有第二矩形槽(6-1)，用于在固化所述第二耐高温金属光纤(3)时保护光纤不被压断。

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