CN117906804B - 压强传感器 - Google Patents

Abstract

一种压强传感器，包括：本体，形成有容纳腔，所述容纳腔沿第一方向具有相对的第一侧和第二侧；光纤，容置于所述容纳腔内并沿所述第一方向延伸，所述光纤具有相对的第一端和第二端，所述第一端相较于所述第二端更靠近所述第一侧；膜片，设置于所述本体靠近所述第一侧的一端，所述光纤的第一端与所述膜片之间存在非零间隙；连接件，设置于所述第二侧，所述连接件沿所述第一方向具有相对的第三端和第四端，其中，所述第三端和所述光纤的所述第二端光学连接，所述第四端自所述第二侧伸出所述容纳腔之外，所述第四端适于与一光电设备可插拔连接。采用本申请的技术方案，可以使压强传感器的使用更加方便、快捷。

Description

压强传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种压强传感器。

背景技术

压强传感器是能感受压强信号，并能按照一定的规律将压强信号转换成可用的输出的电信号或光信号的器件或装置。现有的常用的压强传感器主要有以下几种：

1，压阻式压强传感器，是将吸附在基体材料上应变电阻或其它压阻式压强敏感元件随机械形变而产生阻值变化，转换成电气信号；

2，静电容量型压强传感器，是将玻璃的固定极和硅的可动极相对而形成电容，将通过外力（压强）使可动极变形所产生的静电容量的变化转换成电气信号。

但以上两种电测类方案都离不开外界的供电输入和外界的供电输入。在特殊的工业应用中，如易燃、易爆、超低温、超高温、高电压场、高频、原子核辐射等环境，传感器的抗干扰能力和可靠性降低，存在使用限制。

相较于上述两种压强传感器，光纤-膜片光学干涉腔压强传感器（以下简称光纤压强传感器），是一种无源式压强传感器（也称，压力传感器）。其敏感单元是光纤端面和膜片组成的光学干涉腔，当膜片感受到压强（或压力）的变化时，膜片中心会向靠近（膜片凹陷）/远离（膜片凸起）光纤端面的方向变形，导致光学干涉腔的腔长发生变化。在光纤温度传感器光信号的补偿下，计算出光学干涉腔的腔长变化后的波长偏移量，即可准确测量压强值（或压力值），测量精度小于0.1%。该传感器不需要外界的供电输入，也没有电气信号的对外输出，其输入/输出的只有入射光（或探测光）和反射光。

但是现有的光纤压强传感器中，比较常见的是光纤Bragg（布拉格）光栅压强传感器。所述光纤Bragg光栅压强传感器是通过一种力学的传导结构，将光纤Bragg光栅的应变量转变成压强量，其传导机构较为复杂，且不灵敏，分辨率差，只用于测量大量程压强。另外，这种光纤Bragg光栅传感器必须带有光纤尾缆，由于光纤尾缆末端的光学连接头都是只适用于光通信用的光学连接头，其防尘防水性能较低，因此需要在连接处用外壳保护（外壳进/出缆处需要灌胶防护），这样会产生大量的施工成本和严重安装效率低下。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种改进的压强传感器。

为解决上述技术问题中的至少一个，本发明实施例提供一种压强传感器，包括：本体，形成有容纳腔，所述容纳腔沿第一方向具有相对的第一侧和第二侧；光纤，容置于所述容纳腔内并沿所述第一方向延伸，所述光纤具有相对的第一端和第二端，所述第一端相较于所述第二端更靠近所述第一侧；膜片，设置于所述本体靠近所述第一侧的一端，所述光纤的第一端与所述膜片之间存在非零间隙；连接件，设置于所述第二侧，所述连接件沿所述第一方向具有相对的第三端和第四端，其中，所述第三端和所述光纤的所述第二端光学连接，所述第四端自所述第二侧伸出所述容纳腔之外，所述第四端适于与一光电设备可插拔连接。

可选的，所述连接件包括：接插件，容置于所述容纳腔，具有相对的第五端和第六端，其中所述第五端用于接收所述光纤的所述第二端；耦合器，具有相对的第七端和第八端，其中所述第七端与所述第六端相耦接，所述第八端伸出所述容纳腔之外。

可选的，所述第七端的接口类型与所述第八端的接口类型相同。

可选的，所述接插件和所述光电设备的连接头的型号相同。

可选的，所述接插件和所述光电设备通过耦合器同轴对接。

可选的，所述本体的形成所述第二侧的壁上开设有第一通孔，所述耦合器的至少一部分穿过所述第一通孔，以使所述第三端位于所述容纳腔内、所述第四端伸出所述容纳腔之外。

可选的，所述第一通孔沿所述第一方向包括第一部分和第二部分，所述第一部分连通所述容纳腔，在垂直于第一方向的面上，所述第二部分的截面积大于所述第一部分的截面积，所述耦合器的外表面向外突出有安装部，所述安装部和所述本体的形成所述第二部分的壁固定连接。

可选的，所述第二部分的截面的轮廓形状包括至少一个尖角，所述安装部的外表面和所述第二部分的壁相贴合。

可选的，所述本体包括：壳体，壳体中空以形成所述容纳腔，所述壳体具有朝向所述第二侧的开口；端盖，设置于所述第二侧以封闭所述开口，所述和第一通孔开设于所述端盖；第一密封件，设置于所述端盖和所述壳体的连接处。

可选的，所述压强传感器还包括：第二通孔，开设于所述本体的形成所述第一侧的壁；光纤固定机构，开设有沿所述第一方向延伸的第三通孔，所述光纤固定于所述第三通孔内，并且所述第一端自所述第二通孔朝着所述膜片伸出所述容纳腔。

可选的，所述第三通孔至少部分位于所述第二通孔内。

可选的，所述压强传感器还包括：垫片，设置于所述光纤固定机构和所述本体的形成所述第一侧的壁，所述垫片用于限制所述光纤固定机构朝着所述膜片运动的最大距离。

可选的，所述光纤固定机构包括：调节机构，所述调节机构的至少一部分容置于所述容纳腔，所述调节机构用于调节所述第一端到所述膜片之间的距离。

可选的，所述光纤固定机构还包括：插芯，套设于所述光纤的所述第一端，所述插芯容置于所述第三通孔内，所述插芯的外表面和所述第三通孔的内壁相贴合。

可选的，所述光纤的所述第一端的端面、所述插芯朝向所述膜片的一端的端面和所述光纤固定机构朝向所述膜片的一端的端面齐平。

可选的，所述光纤固定机构还包括：尾柄，套设于所述光纤，所述尾柄与所述插芯背离所述膜片的一端相连接，所述尾柄的至少一部分容置于所述第三通孔。

可选的，所述尾柄包括限位部，所述限位部自所述尾柄的外周面向外突出，所述限位部的外表面和所述第三通孔的内壁相贴合。

可选的，光纤包括缓冲段，所述缓冲段自然弯曲呈圈状。

可选的，所述压强传感器还包括：转换接头，所述转换接头套设于所述本体靠近所述第一侧的一端，所述转换接头内开设有沿所述第一方向延伸的通道，以供待测流体自所述通道流向所述膜片。

可选的，所述压强传感器还包括：温度补偿单元，设置于所述光纤的所述第一端。

可选的，所述光纤包括纤芯和套设于所述纤芯的包层，所述温度补偿单元包括光栅，所述光栅设置于所述纤芯。

可选的，所述本体包括环形凸台，所述环形凸台自形成所述第一侧的壁朝远离所述第一侧的方向伸出，所述膜片连接于所述环形凸台背离所述容纳腔的端面.

可选的，所述膜片设置于所述环形凸台所围成的空间内。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

采用本发明的技术方案，通过在光纤的尾部（例如，第二端）耦接连接件的方式，使所述压强传感器可以直接与光电设备的光学连接头相耦接。由此，压强传感器可以实现与其他设备的快速插拔连接，即插即用而不必经过繁琐复杂的对准操作，使压强传感器的使用更加方便、快捷。

进一步，通过可调垫片粗略调整，可以初步达到所设计干涉腔腔长数值，然后再通过旋拧光纤固定机构以精确调节干涉腔的腔长。其中，所述干涉腔的腔长可以例如是光纤的第一端到膜片之间的距离。由此，所述压强传感器的调试简便，粗调和细调相结合的腔长调节方式有利于改善测量精准度。

进一步，通过光纤缓冲段的设计，避免在组装时或者使用时光纤发生弯折导致光信号中断，延长器件使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的一种压强传感器的示意图；

图2是图1所示压强传感器沿A-A方向的剖面图；

图3是图1所示压强传感器的爆炸图；

图4是图2中光纤和膜片位置关系的局部示意图；

图5是图3中连接件的示意图；

图6是图3中耦合器的示意图；

图7是图3中接插件的示意图；

图8是图7所示接插件在另一个视角的示意图；

图9是图3中尾柄的示意图；

图10是图3中插芯的示意图；

图11是图3中调节机构的示意图；

图12是图3中转换接头的示意图；

图13是图2中光纤第一端的示意图；

图14是光学干涉腔的反射光干涉谱和光纤Bragg光栅的反射谱图。

具体实施方式

如背景技术所言，现有采用光纤进行测压的压强传感器必须带有光纤尾缆，由于光纤尾缆末端的光学连接头都是只适用于光通信用的光学连接头，其防尘防水性能较低，因此需要在连接处用外壳保护（外壳进/出缆处需要灌胶防护），这样会产生大量的施工成本和严重安装效率低下。

因此，亟需提供一种结构简单、可快速插拔、抗干扰能力强、成本低，且具有很大测量范围和高分辨率的压强传感器。

为解决上述技术问题中的至少一个，本发明实施例提供一种压强传感器，包括：本体，形成有容纳腔，所述容纳腔沿第一方向具有相对的第一侧和第二侧；光纤，容置于所述容纳腔内并沿所述第一方向延伸，所述光纤具有相对的第一端和第二端，所述第一端相较于所述第二端更靠近所述第一侧；膜片，设置于所述本体靠近所述第一侧的一端，所述光纤的第一端与所述膜片之间存在非零间隙；连接件，设置于所述第二侧，所述连接件沿所述第一方向具有相对的第三端和第四端，其中，所述第三端和所述光纤的所述第二端光学连接，所述第四端自所述第二侧伸出所述容纳腔之外，所述第四端适于与一光电设备可插拔连接。

采用本发明实施例提供的压强传感器，通过在光纤的尾部（第二端）耦接连接件的方式，使所述压强传感器可以直接与外部设备的光学连接头相耦接。由此，可以实现与其他设备的快速插拔连接，即插即用而不必经过繁琐复杂的对准操作，使压强传感器的使用更加方便、快捷。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明实施例的一种压强传感器100的示意图，图2是图1所示压强传感器100沿A-A方向的剖面图，图3是图1所示压强传感器100的爆炸图，图4是图2中光纤2和膜片3位置关系的局部示意图。

参考图1至图3，所述压强传感器100包括本体10，所述本体10内部限定有容纳腔1。

在一些实施例中，所述本体10可以呈圆柱状。相应地，所述容纳腔1也可以是一圆柱状腔体。

在一些实施例中，所述本体10可以由高强度、耐冲击的材料制成。由此，可以防止外界对压强传感器100各部件（例如是光纤2、连接件4等）的损坏。

进一步，所述本体10也可以采用耐腐蚀材料制成，例如是不锈钢316L、特氟龙、氧化铝等。由此，所述压强传感器100可以适应户外等环境恶劣的应用场景。

进一步，沿第一方向D1，所述容纳腔1具有相对的第一侧11和第二侧12。

在一个实际的应用场景中，所述第一侧11相较于第二侧12更靠近与所述压强传感器100耦接的光电设备（图中未示出）。

进一步，所述压强传感器100还包括光纤2。所述光纤2容置于容纳腔1内，并沿第一方向D1延伸。进一步，沿第一方向D1，所述光纤2具有相对的第一端21和第二端22。其中，所述第一端21相较于所述第二端22更靠近所述第一侧11。

进一步，结合图4，所述压强传感器100还包括膜片3。所述膜片3设置于所述本体10靠近所述第一侧11的一端，所述光纤2的第一端21与所述膜片3之间存在非零间隙，所述非零间隙即构成光学干涉腔。进一步，所述膜片3能够发生弹性形变。由此，当流体冲击所述膜片3时，所述膜片3产生形变，进而导致所述第一端21和膜片3之间的非零间隙发生改变，也即光学干涉腔发生改变。根据光纤2接收到的反射光的变化，所述光电设备能够获取压强数据。其中，所述光电设备可以例如是解调器。进一步，所述光电设备还包括跳线（图中未示出），并通过所述跳线实现与所述压强传感器100的可插拔连接。进一步，所述膜片3可以由耐腐蚀材料制成，所述耐腐蚀材料可以例如是蒙耐尔合金（Monel 400）等材质。由此，所述压强传感器100可以用在特殊的化学腐蚀环境中有效测量，如氟化氢气体、氢氟酸液体等。进一步，采用耐腐蚀材料制成的膜片3也能延长膜片3的使用寿命，提高耐用性。

在一些实施例中，所述膜片3的材料也可以选自陶瓷、不锈钢等。

进一步，所述膜片3朝向所述光纤2的面可以是光滑镜面，以使光纤2射向膜片3的探测光发生镜面反射，增加镜面反射率，减少光信号的损失。由此，可以使压强的测量结果更加准确。

在一些实施例中，可以在所述膜片3朝向所述光纤2的面上镀一层反射膜，所述反射膜可以例如是镀金膜。

进一步，所述膜片3所在平面与第一方向D1之间存在非零夹角。例如，膜片3所在平面垂直于第一方向D1。进一步，膜片3的中心经过光纤2的延长线。由此，能够保证光纤2收到经过膜片3反射后的反射光。

在一些实施例中，所述本体10包括环形凸台9，所述环形凸台9自形成所述第一侧11的壁朝远离所述第一侧11的方向伸出，所述膜片3连接于所述环形凸台9背离所述容纳腔1的端面。

继续参考图4，在一些实施例中，所述环形凸台9、形成所述第一侧11的壁以及膜片共同围出一标准气腔A。进一步，所述标准气腔A中的压强为一个标准大气压，以提供可靠的压强测量基准。

在一个变化例中，所述膜片3也可以设置于所述环形凸台9所围成的空间内。在此场景中，所述膜片3的外边沿和所述环形凸台9的内壁相连接。

在一个变化例中，膜片3外部还可以再加一层油腔（图中未示出），以增大传感器量程。

进一步，结合图5，所述压强传感器100还包括连接件4。所述连接件4设置于所述第二侧12，所述连接件4沿所述第一方向D1具有相对的第三端401和第四端402，其中，所述第三端401和所述光纤2的所述第二端22光学连接，所述第四端402自所述第二侧12伸出所述容纳腔1之外，所述第四端402适于与一光电设备（图中未示出）可插拔连接。其中，所述光电设备可以例如是一解调器。

在一些实施例中，所述压强传感器100还可以包括一保护盖19。当所述压强传感器100未与光电设备进行插接时，所述保护盖19可以盖设于所述第四端402，以起到防尘和保护的作用。

在一些实施例中，所述连接件4的至少第三端401位于所述容纳腔1内。进一步所述光纤2可以与所述第三端401耦接。例如，结合图2和图8，所述第三端401可以包括插孔43，所述插孔43沿第一方向D1延伸，光纤2的第二端22可以插入所述插孔43。进一步，所述光纤2的外表面和所述插孔43的内壁之间可以通过注胶的方式固定。

进一步，所述连接件4包括：接插件41，容置于所述容纳腔1，具有相对的第五端411和第六端412，其中所述第五端411用于接收所述光纤2的所述第二端22；耦合器42，具有相对的第七端421和第八端422，其中所述第七端421与所述第六端412相耦接，所述第八端422伸出所述容纳腔1之外。

具体地，所述接插件41的第五端411适于形成所述连接件4的第三端401，所述耦合器42的第八端422适于形成所述连接件4的第四端402。

在一些实施例中，参考图6，所述耦合器42的第八端422可以采用标准接口。由此，可以提高压强传感器100的适配性。例如，所述耦合器42第八端422的接口的型号可以选自：SC（Square Connector，方形连接头）、LC（Lucent Connector，朗讯连接头）、FC（FerruleConnector，卡套式连接头）、ST（Stab and Twist，旋转连接头）、MU（Miniature unitCoupling，小型单元连接器）等。在一些实施例中，所述第八端422的接口的型号还可以选自：E2000、LX5、SMA&D4、MTRJ、MPO、ESCON&FDDI等。

在一些实施例中，所述第七端421的接口类型与所述第八端422的接口类型相同。由此，所述接插件41可以选用市场上的通用型号，例如FC（Physical Contact，物理接触）/APC（Angled Physical Contact，斜面物理端面）光学连接头。由此，可以降低生产和研发成本。

在一些实施例中，参考图7，所述接插件41和所述光电设备的连接头的型号也可以相同。由此，所述耦接器也可以选用市场上的通用型号，以降低生产和研发成本。

进一步，当所述压强传感器100与所述光电设备（例如是光电设备的连接头）完成对接后，所述接插件41和所述光电设备通过所述耦合器42实现同轴对接。由此，能够保证光纤2内部的探测光和反射光的光路畅通。进一步，在实际使用中，所述光电设备的连接头与耦接器的第八端422完成耦接时，即已完成了光路的对准，而不需要通过外部的对准设备（例如是光纤准直器）进行对准，使本申请所述的压强传感器100的使用更加方便、快捷。

进一步，参考图5至图8，所述接插件41和所述耦合器42通过耦接结构44耦接。

具体地，所述耦接结构44可以包括：插入部441，设置于所述接插件41和所述耦合器42中之一，并朝着其中之另一伸出；接收部442，设置于所述接插件41和所述耦合器42中另一，用于接收所述插入部441。

在图2、图5至图8所示的实施例中，所述插入部441设置于所述接插件41，并朝所述耦合器42伸出，所述接收部442形成于所述耦合器42。进一步，所述接收部442可以例如是在第一方向D1上延伸的通孔结构，所述插入部441可以插入所述通孔结构的至少一部分。在本实施例中，所述光电设备的连接头和所述接插件41的型号相同。因此，所述光电设备的连接头的至少一部分也可以插入所述通孔结构的另一部分，以实现与所述插入部441的同轴对接。

进一步，所述通孔结构的内壁和所述插入部441和所述连接头插入通孔结构部分的外表面相贴合。由此，能够使插入部441和连接头的对接更加稳定，避免插入部441或连接头在通孔结构内晃动，影响光路的畅通。

在一个变化例中，所述插入部441也可以设置于所述耦合器42的第七端421，并朝着所述接插件41伸出。相对地，所述接插件41的第六端412上也可以设置有用于接收所述插入部441的接收部442，所述接收部442可以例如是一盲孔（图中未示出）。

进一步，继续参考图2、图5至图8，所述接插件41和所述耦合器42通过连接结构45连接，所述连接结构45围绕所述耦接结构44设置，所述连接结构45可以包括：环形突起部451，设置于所述接插件41，并朝着耦合器42伸出；环形槽部452，设置于所述耦合器42，用于接收所述突起部。随着所述插入部441插入所述接收部442，所述环形突起部451也可以逐渐插入所述环形槽部452。由此，所述连接结构45可以用于加强接插件41和耦合器42的连接，同时确保插入部441的插入方向。避免插入部441偏离所述接收部442的延伸方向（例如是第一方向D1），导致插入部441折断等情况的发生。

进一步，所述本体10的形成所述第二侧12的壁上开设有第一通孔13，所述耦合器42的至少一部分穿过所述第一通孔13，以使所述第三端401位于所述容纳腔1内、所述第四端402伸出所述容纳腔1之外。

具体的，所述第一通孔13可以沿所述第一方向D1延伸。进一步，所述耦合器42容置于所述第一通孔13的部分的外周面与所述第一通孔13的内壁紧密贴合。由此，可以密封所述容纳腔1，以提高所述压强传感器100的防水和防尘性能。

在一个变化例中，所述耦合器42和所述第一通孔13之间也可以通过焊接、注胶的方式实现紧密连接。

进一步，所述第一通孔13沿所述第一方向D1包括第一部分131和第二部分132，所述第一部分131连通所述容纳腔1，在垂直于第一方向D1的面上，所述第二部分132的截面积大于所述第一部分131的截面积，所述耦合器42的外表面向外突出有安装部423，所述安装部423和所述本体10的形成所述第二部分132的壁固定连接。其中，所述第二部分132的壁可以包括第二部分132的侧壁以及第二部分132的底壁。

进一步，所述第一部分131和所述第二部分132之间可以形成有台阶结构133。所述台阶结构133朝向所述安装部423的面适于形成所述底壁。沿所述第一方向D1，所述安装部423朝向所述第一方向D1的反方向的面和所述台阶结构133相抵接。

在一些实施例中，在垂直于第一方向D1的平面上，所述安装部423的截面形状可以与所述第一通孔13的第二部分132的截面形状相同。

在一个典型的应用场景中，所述耦合器42可以沿第一方向D1的反方向插入所述第一通孔13。并且，随着耦合器42逐渐朝第一方向D1的反方向运动，所述安装部423也逐渐插入所述第一通孔13的第二部分132，直至所述安装部423抵持于所述台阶结构133。进一步，将所述接插件41的第六端412与耦合器42的第七端421进行耦接。

在一些实施例中，接插件41和耦合器42也可以预先连接，然后沿第一方向D1的反方向自第一通孔13插入容纳腔1。

进一步，所述安装部423上还可以开设有安装孔424，在所述台阶结构133的对应位置上也可以设置有配合孔134。进一步，可以通过固定件46依次插入安装孔424和配合孔134以实现耦合器42和台阶结构133的固定连接。其中，所述固定件46可以例如是螺钉。

进一步，在垂直与所述第一方向D1的平面上，所述第二部分132的截面的轮廓形状包括至少一个尖角，所述安装部423的外表面和所述第二部分132的壁相贴合。相应地，所述安装部423的横截面的轮廓形状也包括至少一个尖角。由此，可以避免耦合器42与第一通孔13在垂直于第一方向D1的平面内发生相互转动，导致内部结构的损坏，例如导致光纤2因扭转而断裂。

在一些实施例中，如图3、图5和图6所示，沿第一方向D1，所述安装部423和第二部分132的投影的轮廓形状可以例如是正方形。

在一个变化例中，所述安装部423和第二部分132的投影的轮廓形状也可以例如是其他不规则形状，或者其他非中心对称图形的形状。

继续参考图1至图3，所述本体10包括：壳体14，壳体14中空以形成所述容纳腔1，所述壳体14具有朝向所述第二侧12的开口141；端盖15，设置于所述第二侧12以封闭所述开口141。

进一步，所述壳体14和所述端盖15之间的连接方式可以例如是螺纹连接。由此，在兼顾连接稳定的同时，也易于拆卸，便于整个压强传感器100的组装。

进一步，端盖15适于形成本体10的形成第二侧12的壁。进一步，所述第一通孔13开设于所述端盖15。

在一些实施例中，所述本体10还包括第一密封件16，设置于端盖15和壳体14的连接处，以密封所述容纳腔1，使压强传感器100具有较优的防水和防尘性能。

在一些实施例中，所述壳体14上可以设置有凹槽142。进一步，所述凹槽142的延伸方向可以例如是垂直于所述第一方向D1。所述凹槽142适于与一外部工具配合，使壳体14和转换接头7之间发生相互转动，以便于旋紧所述壳体14和转换接头7。

进一步，所述压强传感器100还可以包括盖片18，所述盖片18可以覆盖于所述端盖15背离所述容纳腔1的端面。进一步，所述盖片18可以例如是环形，连接件4的第四端402自环形的内部空间穿过。由此，盖片18可以用于遮盖连接件4等结构，使压强传感器100的外形更美观。同时，盖片18也能起到一定的密封作用以提高压强传感器100的防水、防尘性能等。

进一步，所述压强传感器100还包括：第二通孔17，开设于所述本体10的形成所述第一侧11的壁；光纤固定机构5，开设有沿所述第一方向D1延伸的第三通孔51，所述光纤2固定于所述第三通孔51内，并且所述第一端21自所述第二通孔17朝着所述膜片3伸出所述容纳腔1。

进一步，结合图2和图4，第三通孔51至少部分位于所述第二通孔17内。

在一些实施例中，所述光纤固定机构5可以和光纤2固定连接。进一步，光纤固定机构5的至少一部分可以插入第二通孔17。相应地，光纤2靠近第一端21的至少一部分也可以随之容置于第二通孔17。沿第一方向D1，所述光纤2内部的探测光可以穿过第二通孔17和第三通孔51地射向膜片3。经过膜片3的反射后，反射光返回光纤2。

进一步，所述压强传感器100还包括：垫片6，设置于所述光纤固定机构5和所述本体10的形成所述第一侧11的壁，所述垫片6用于限制所述光纤固定机构5朝着所述膜片3运动的最大距离。由此，可以避免光纤固定机构5使光纤2过度伸出容纳腔1以至于膜片3发生碰撞损坏结构。

进一步，结合图11，所述光纤固定机构5包括：调节机构52，所述调节机构52的至少一部分容置于所述容纳腔1，所述调节机构52用于调节所述第一端21到所述膜片3之间的距离（也即干涉腔的腔长）。由此，可以通过调整所述第一端21到所述膜片3之间的距离（也即干涉腔的腔长）调整压强传感器100的最大量程。

进一步，所述第三通孔51可以形成于所述调节机构52。

具体地，沿第一方向D1，所述调节机构52可以包括相互连接伸入段521和调节段522。其中，所述伸入段521相较于所述调节段522更靠近所述膜片3。进一步，所述伸入段521的至少一部分可以伸入所述第二通孔17，所述调节段522可以控制所述伸入段521伸入第二通孔17的长度。

进一步，伸入段521的外表面和第二通孔17的内壁之间可以通过螺纹结构相连接。由此，可以通过使伸入段521旋转以伸入或退出所述第二通孔17。

进一步，所述调节段522上可以设置有凹陷部523，所述凹陷部523适于与一外部工具相配合以便于旋转调节段522，进而带动伸入段521旋转。

进一步，所述调节段522也可以呈多棱柱状，也即在垂直于第一方向D1的平面上，所述调节段522的横截面形状可以是多边形。由此，也可以通过扳手、螺丝刀等通用工具旋拧所述调节机构52。

在一些实施例中，所述垫片6也可以起到调节第一端21到膜片3之间的距离（也即干涉腔的腔长）的作用。

具体地，所述压强传感器100可以包括多个型号的垫片6。

例如，在一个典型的应用场景中，所述垫片6的数量可以是3个。沿第一方向D1，3个垫片6的厚度可以分别是0.2毫米（mm，也即200μm，微米）、0.1mm（100μm）、0.02mm（20μm）。进一步，所述调节机构52旋转一周，第一端21前进或后退的距离可以例如是0.75mm（750μm）。在此场景中，可以根据待测压强的大致范围确定压强传感器100所需的最大量程，再根据所述最大量程确定第一端21到膜片3之间的预设距离。通过设置垫片6的方式使第一端21到膜片3之间的实际距离略大于所述预设距离后，再通过旋拧调节机构52完成最终调节。换言之，在上述调节过程中，垫片6用于粗调，调节机构52用于精调。由此，可以第一端21到膜片3之间距离的调节更加便捷。

进一步，结合图2、图3和图10，所述光纤固定机构5还包括：插芯53，套设于所述光纤2的所述第一端21，所述插芯53容置于所述第三通孔51内，所述插芯53的外表面和所述第三通孔51的内壁相贴合。由此，所述插芯53可以用于加固及保护光纤2靠近第一端21的区段，避免光纤2插入第三通孔51时发生弯折导致损坏。

具体地，所述插芯53可以具有沿第一方向D1延伸的第四通孔531，所述光纤2的至少一部分能够插入所述第四通孔531。进一步，所述光纤2的外表面可以和所述第四通孔531紧密贴合或固定连接。

在一些实施例中，所述插芯53可以由陶瓷制成，以避免光纤2或纤芯24插入第三通孔51时发生弯折，导致损坏。

在一些实施例中，如图2和图4所示，所述光纤2的所述第一端21的端面、所述插芯53朝向所述膜片3的一端的端面和所述光纤固定机构5朝向所述膜片3的一端的端面齐平。

进一步，结合图2、图3和图9，所述光纤固定机构5还包括：尾柄54，套设于所述光纤2，所述尾柄54与所述插芯53背离所述膜片3的一端相连接，所述尾柄54的至少一部分容置于所述第三通孔51。

进一步，所述尾柄54具有沿第一方向D1延伸的第五通孔542，所述光纤2穿过所述第五通孔542地插入所述第四通孔531。进一步，所述第四通孔531的内壁和所述光纤2的外表面之间可以通过注胶以形成胶柱55，所述胶柱55可以用于填补第四通孔531的内壁和所述光纤2的外表面之间的缝隙，进而固定光纤2在第五通孔542内的延伸方向。

进一步，所述尾柄54包括限位部541，所述限位部541自所述尾柄54的外周面向外突出，所述限位部541的外表面和所述第三通孔51的内壁相贴合。

具体地，参考图2，沿第一方向D1，所述第三通孔51可以包括第一孔段511、第二孔段512和第三孔段513。其中，所述第一孔段511更靠近所述膜片3，所述第二孔段512设置于所述第一孔段511和第三孔段513之间。进一步，第一孔段511的内径小于第二孔段512的内径，第二孔段512的内径小于第三孔段513的内径。更为具体的，所述第一孔段511的内壁和所述插芯53的外表面紧密贴合。

进一步，所述限位部541的外表面和所述第二孔段512的壁相贴合。由此，可以进一步使光纤2靠近第一端21的区段的延伸方向平行于第一方向D1，进而使探测光沿第一方向D1射向膜片3。

进一步，所述第三孔段513的内径大于第二孔段512的内径则更有利于将插芯53和尾柄54沿第一方向D1插入第三通孔51。

继续参考图2，在一些实施例中，所述光纤2包括缓冲段23，所述缓冲段23自然弯曲呈圈状。由此，可以避免在组装所述压强传感器100的过程中，光纤2折弯导致损耗。

进一步，结合图1至图3和图12，所述压强传感器100还包括：转换接头7，所述转换接头7套设于所述本体10靠近所述第一侧11的一端，所述转换接头7内开设有沿所述第一方向D1延伸的通道71，以供待测流体自所述通道71流向所述膜片3。

进一步，所述转换接头7可以包括套筒部72，所述套筒部72可以用于套设于所述本体10靠近第一侧11的一端。进一步，套筒部72的内壁和本体10的外周面可以通过螺纹配合的方式进行连接。

在一些实施例中，如图1至图3，所述套筒部72和所述本体10的外周面之间还可以设置有第二密封件73，所述第二密封件73用于密封套筒部72和本体10的外周面之间的缝隙，以避免流体自所述缝隙流出，影响测量结果的准确性。

在一个变化例中，也可以通过激光焊接等方式将所述套筒部72和所述本体10焊接在一起。在此场景中可以不设置第二密封件73，降低生产成本。

在一些实施例中，所述转换接头7可以选自：KF（Klein Flansche，快速对接）接头、NPT（National Pipe Thread，美国标准锥管螺纹）接头、G螺纹（55°非螺纹密封管螺纹）接头、PT螺纹（Pipe Thread，英制锥螺纹）接头、公制螺纹接头以及VCR（Vacuum CouplingRadius Seal，真空连接径向密封）标准接头等。

在一些实施例中，所述压强传感器100还可以包括：湿度调节器（图中未示出）。所述湿度调节器可以用于防止光学干涉腔内气体冷凝，影响光纤2端面和具有弹性的膜片3之间的光学探测与传输。进一步，通过所述湿度调节器，所述容纳腔1内的相对湿度可以控制在0-30%范围内。

进一步，参考图13，所述压强传感器100还包括：温度补偿单元8，设置于所述光纤2的第一端21。

具体地，所述温度补偿单元8可以包括光栅81。在一些实施例中，所述光纤2可以包括纤芯24和包层25，所述光栅81设置于所述纤芯24。由此，所述光栅81可以用于减少温度对测量压强值的影响。所述光栅81可以例如是bragg光栅。

进一步，所述光栅81用于减少温度对测量压强值影响的原理在于：光纤2第一端21的端面为自由端，因此光栅81只感受由温度产生的“热胀冷缩”变化，而不感受由压强产生的“应变伸缩”变化；而光纤2的“热胀冷缩”导致光纤2自由端面的轴向偏移量微乎其微，因此对用光学干涉腔的腔长变化测量外界压强变化的影响可以忽略不计。由此，可以使所述压强传感器100适用场景的环境温度满足大范围温度区间，温度区间可以例如是-50℃-200℃。

为证明上述结论，发明人利用公式进行了推导。具体的推导过程如下：

公式1：。

其中，公式1光学干涉腔的谐振波长公式，为在模数为/>时的干涉峰；/>为光学干涉腔内的介质折射率；/>为光学谐振腔腔长；影响腔长/>长度变化的物理量分别是温度/>和压强/>的变化量。

公式2：。

其中，公式2为光纤Bragg光栅的反射波长公式，为光纤Bragg光栅反射波长；/>为光纤Bragg光栅的有效折射率；/>为光纤Bragg光栅的周期长度；影响腔长/>长度变化的物理量分别是温度/>和应变/>的变化量。

公式3：。

其中，公式3为光学干涉腔谐振波长变化量公式。

公式4：。

其中，公式4为光纤Bragg光栅的反射波长变化量公式。

公式5：。

公式6：。

其中，公式3和公式4结合时间t可定义为公式5和公式6，为光学干涉腔的干涉峰随时间t的变化量；/>为光学干涉腔对温度的敏感系数；/>为光学干涉腔对压强的敏感系数；/>光纤Bragg光栅的反射波长随时间t的变化量；为光纤Bragg光栅对温度的敏感系数；/>为光纤Bragg光栅对应变的敏感系数；/>为温度随时间的变化量；/>为压强随时间的变化量；/>为应变随时间的变化量，由于光纤Bragg光栅处于自由态，因此，/>。

由上，可以得出“光栅只感受由温度产生的‘热胀冷缩’变化，而不感受由压强产生的‘应变伸缩’变化”的结论。

公式7：。

其中，公式7为压强随时间的变化量。

公式8：。

其中，公式8为实时的外界压强，为压强随时间的变化量，/>为参考压强。光学干涉腔的（波长）反射光干涉谱和光纤Bragg光栅的反射谱图可以参考图14所示。由此，可以得出“光栅可以用于减少温度对测量压强值的影响”的结论。

在一个典型的应用场景中，结合图1至图14，本申请实施例所述的压强传感器100的工作过程可包括如下几个步骤：

步骤1，流体（气体或液体）介质压强通过转换接头7的通道71冲击膜片3。由于介质压强与标准气腔的压强产生压强差，并作用在膜片3上，使膜片3产生弹性变形，并且在传感器的轴向方向产生位移，改变光纤2第一端21到膜片3的距离，也即光学干涉腔的腔长；

步骤2，探测光（或入射光）经过耦合器42进入压强传感器100，途经接插件41和具有圆圈状缓冲段23的光纤2后射向膜片3。所述探测光在光纤2第一端21的端面和膜片3之间多次反射后，一部分反射光又经光纤2、接插件41以及耦合器42返回外部光电设备，例如是解调器；

步骤3，由于步骤1导致膜片3位移的产生，使得光纤2第一端21与膜片3之间的距离（即光学干涉腔的腔长）发生改变。当途经光纤2的探测光进入到光学干涉腔后，变化中的光学干涉腔的腔长，导致反射光的干涉峰发生偏移，通过测量干涉峰的偏移量就可计算出相应的外部压强值，具体可参照上述公式7和8。进一步，一种可替代的压强测量方式可以例如是通过光的强度、相位和频率等计算压强。

由上，采用本发明实施例所述的压强传感器100，通过在光纤2的尾部（第二端22）耦接连接件4的方式，使所述压强传感器100可以直接与外部设备的光学连接头相耦接。由此，可以实现与其他设备的快速插拔连接，即插即用而不必经过繁琐复杂的对准操作，使压强传感器100的使用更加方便快捷。

进一步，通过可调垫片6粗略调整，可以初步达到所设计干涉腔腔长数值，然后再通过旋拧光纤固定机构5以精确调节干涉腔的腔长。其中，所述干涉腔的腔长也即光纤2的第一端21到膜片3之间的距离。由此，所述压强传感器100的调试简便，测量精准。

进一步，通过光纤2缓冲段23的设计，避免在组装时或者使用时光纤2发生弯折，导致光信号中断。

本申请实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。

本申请实施例中出现的第一、第二、第三等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本申请实施例中对设备个数的特别限定，不能构成对本申请实施例的任何限制。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (18)

1.一种压强传感器，其特征在于，包括：

本体，形成有容纳腔，所述容纳腔沿第一方向具有相对的第一侧和第二侧；

光纤，容置于所述容纳腔内并沿所述第一方向延伸，所述光纤具有相对的第一端和第二端，所述第一端相较于所述第二端更靠近所述第一侧；

膜片，设置于所述本体靠近所述第一侧的一端，所述光纤的第一端与所述膜片之间存在非零间隙；

连接件，设置于所述第二侧，所述连接件沿所述第一方向具有相对的第三端和第四端，其中，所述第三端和所述光纤的所述第二端光学连接，所述第四端自所述第二侧伸出所述容纳腔之外，所述第四端适于与一光电设备可插拔连接；

其中，所述连接件包括：

接插件，容置于所述容纳腔，具有相对的第五端和第六端，其中所述第五端用于接收所述光纤的所述第二端；

耦合器，具有相对的第七端和第八端，其中所述第七端与所述第六端相耦接，所述第八端伸出所述容纳腔之外；

所述本体的形成所述第二侧的壁上开设有第一通孔，所述耦合器的至少一部分穿过所述第一通孔，以使所述第三端位于所述容纳腔内、所述第四端伸出所述容纳腔之外；

所述第一通孔沿所述第一方向包括第一部分和第二部分，所述第一部分连通所述容纳腔，在垂直于第一方向的面上，所述第二部分的截面积大于所述第一部分的截面积，所述耦合器的外表面向外突出有安装部，所述安装部和所述本体的形成所述第二部分的壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的压强传感器，其特征在于，所述第七端的接口类型与所述第八端的接口类型相同，和/或，所述接插件和所述光电设备的连接头的型号相同。

3.根据权利要求1所述的压强传感器，其特征在于，所述接插件和所述光电设备通过耦合器同轴对接。

4.根据权利要求1所述的压强传感器，其特征在于，所述第二部分的截面的轮廓形状包括至少一个尖角，所述安装部的外表面和所述第二部分的壁相贴合。

5.根据权利要求1所述的压强传感器，其特征在于，所述本体包括：

壳体，壳体中空以形成所述容纳腔，所述壳体具有朝向所述第二侧的开口；端盖，设置于所述第二侧以封闭所述开口，所述第一通孔开设于所述端盖；

第一密封件，设置于所述端盖和所述壳体的连接处。

6.根据权利要求1所述的压强传感器，其特征在于，还包括：

第二通孔，开设于所述本体的形成所述第一侧的壁；

光纤固定机构，开设有沿所述第一方向延伸的第三通孔，所述光纤固定于所述第三通孔内，并且所述第一端自所述第二通孔朝着所述膜片伸出所述容纳腔。

7.根据权利要求6所述的压强传感器，其特征在于，所述第三通孔至少部分位于所述第二通孔内。

8.根据权利要求6所述的压强传感器，其特征在于，还包括：

垫片，设置于所述光纤固定机构和所述本体的形成所述第一侧的壁，所述垫片用于限制所述光纤固定机构朝着所述膜片运动的最大距离。

9.根据权利要求6所述的压强传感器，其特征在于，所述光纤固定机构包括：调节机构，所述调节机构的至少一部分容置于所述容纳腔，所述调节机构用于调节所述第一端到所述膜片之间的距离。

10.根据权利要求6所述的压强传感器，其特征在于，所述光纤固定机构还包括：

插芯，套设于所述光纤的所述第一端，所述插芯容置于所述第三通孔内，所述插芯的外表面和所述第三通孔的内壁相贴合。

11.根据权利要求10所述的压强传感器，其特征在于，所述光纤的所述第一端的端面、所述插芯朝向所述膜片的一端的端面和所述光纤固定机构朝向所述膜片的一端的端面齐平。

12.根据权利要求10所述的压强传感器，其特征在于，所述光纤固定机构还包括：

尾柄，套设于所述光纤，所述尾柄与所述插芯背离所述膜片的一端相连接，所述尾柄的至少一部分容置于所述第三通孔。

13.根据权利要求12所述的压强传感器，其特征在于，所述尾柄包括限位部，所述限位部自所述尾柄的外周面向外突出，所述限位部的外表面和所述第三通孔的内壁相贴合。

14.根据权利要求1所述的压强传感器，其特征在于，所述光纤包括缓冲段，所述缓冲段自然弯曲呈圈状。

15.根据权利要求1所述的压强传感器，其特征在于，还包括：转换接头，所述转换接头套设于所述本体靠近所述第一侧的一端，所述转换接头内开设有沿所述第一方向延伸的通道，以供待测流体自所述通道流向所述膜片。

16.根据权利要求1所述的压强传感器，其特征在于，还包括：温度补偿单元，设置于所述光纤的所述第一端。

17.根据权利要求16所述的压强传感器，其特征在于，所述光纤包括纤芯和套设于所述纤芯的包层，所述温度补偿单元包括光栅，所述光栅设置于所述纤芯。

18.根据权利要求1所述的压强传感器，其特征在于，所述本体包括环形凸台，所述环形凸台自形成所述第一侧的壁朝远离所述第一侧的方向伸出，所述膜片连接于所述环形凸台背离所述容纳腔的端面，和/或，所述膜片设置于所述环形凸台所围成的空间内。