CN201373786Y

CN201373786Y - 一种基于光纤光栅的液体压力传感器

Info

Publication number: CN201373786Y
Application number: CN200820211594U
Authority: CN
Inventors: 周智; 兰春光; 欧进萍
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2018-12-04

Abstract

本实用新型提供了一种基于光纤光栅的液体压力传感器，它包括金属保护外壳和安装在金属外壳上的等强度梁，等强度梁上下表面分别布设两个光纤光栅传感器，与等强度梁相连的是用来传递变形的刚性杆，它的两边分别与等强度梁悬臂端和平膜片中心相连，最外面是直接感受液体压力、并将液体压力传递给等强度梁的有硬心平膜片。本实用新型基于光纤光栅应变测量原理以及光纤光栅传感器的温度自补偿原理，以光纤光栅作为传感元件，可以方便地测量液体压力，具有温度自补偿、精度高、耐久性好、造价低、实施简单等优点。

Description

一种基于光纤光栅的液体压力传感器

(一)技术领域

本实用新型涉及的一种高性能液体压力传感器，具体地说是一种用于监测或测量管道内部液体压力的液体压力传感器。

(二)背景技术

压力管道被广泛应用在炼油、化工、冶金、电力和医药食品行业，同时压力管道也向多样化、复杂化发展。无论是国产压力管道还是进口压力管道，都不可避免地存在不同程度的缺陷，而且压力管道在使用过程中还会因为载荷、介质等各种因素的影响，萌生出新的缺陷。为了确保这些设施的安全运行，国内外许多研究者正致力于开发管道的在线健康诊断及管道的渗漏监测技术，以便在发生重大灾害或损失前给维护者发出警报。

液体压力是压力管道结构的重要荷载，对其有效监测是压力管道结构健康监测重要内容。光纤光栅是目前在智能材料系统研究中应用最为广泛的传感材料之一，具有抗潮、抗腐蚀，结构简单，可以方便改变量程，可以组成分布式传感网络等优点。本实用新型基于光纤光栅应变测量原理，根据压力管道结构测量液体压力的要求制造而成，可以很好的对压力管道平台结构进行监测。

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可以有效地测量液体压力大小，具有高耐久性的基于光纤光栅的液体压力传感器。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括金属保护外壳和安装在金属外壳上的等强度梁，等强度梁上下表面分别布设两个光纤光栅传感器，与等强度梁相连的是用来传递变形的刚性杆，它的两边分别与等强度梁悬臂端和平膜片中心相连，最外面是直接感受液体压力、并将液体压力传递给等强度梁的有硬心平膜片。

本实用新型还有这样一些结构特征：

1、所述的等强度梁上下表面对应位置布设有温度自补偿效应的双光纤光栅传感器。

2、在所述的等强度梁的悬臂端设置固定等强度梁用的压板。

3、所述的光纤光栅传感器是裸光栅，上下两个光栅用一根光纤串联引出。

4、所述的金属保护外壳上设置有螺纹，金属保护外壳通过连接端的螺纹与液体管道相连。

5、所述的光纤光栅传感器通过铠装光纤引出，且其传输线路上设置保护盒。

6、所述的等强度梁与金属保护外壳的相应位置是刚性连接。

7、所述的平膜片是感受液体压力构件，其与保护壳连接位移绝对密封。

8、所述的刚性杆与平膜片和等强度梁的连接位置均为刚性连接。

近年来光纤传感技术得到长足的发展，它是适用于长期监测的理想传感元件，尤其适用于土木工程结构。基于光纤光栅的传感器是光纤光栅作敏感元件的功能性传感器，具有其他类型光纤传感器无可比拟的优点，主要有：其用波长编码传感信号；光纤光栅传感器是自参考的，测量的是绝对值不是计量干涉条纹；光纤光栅的敏感部分写在芯区，由其组成的传感器无需光纤连接器、机械装配、研磨工艺和对准工艺；光纤光栅传感器灵敏度高，动态范围大等。目前，光纤光栅传感器已经广泛用于土木工程、航空航天、石油化工、医学、环境工程等领域。

本实用新型基于光纤光栅应变测量原理，根据液体管道结构测量内部液体压力的要求，依据应变式压力传感器的设计方法制作出新颖的液体压力测量装置。其特点是敏感构件是上下表面布设有光纤光栅的等强度梁；其固定端上是为了保证等强度梁固定稳固的压板；等强度梁的悬臂端与传递平膜片中心位移的刚性杆的一端相连，刚性杆的另一端与平膜片中心相连；液体压力通过有硬心的平膜片传递给等强度梁；传感器通过连接端的螺纹与液体管道相连。

本实用新型将光纤光栅置于由平膜片，刚性杆，等强度梁、金属外壳组成的传力机构中，从而形成一个可以监测液体管道结构内部液体压力的结构。液体压力由平膜片感受，并将平膜片中心产生的位移通过刚性杆传递给等强度梁悬臂端，等强度梁悬臂端的位移使得等强度梁上下表面产生了应变，而这个应变可以由等强度梁上的光纤光栅器所感知，然后由光纤光栅感知的应变通过相关关系反推，从而实现了对液体压力的测量。光纤光栅液体压力传感器的耐腐蚀金属外壳有效的保证了传感器的耐久性特点，而且本实用新型传感器还具备了光纤光栅的所有优点：耐腐蚀、传感精度高、抗电磁干扰、准分布式传感、绝对测量、稳定性等。此外，采用在光纤光栅液体压力传感器的等强度梁上下各贴一个光纤光栅传感器达到温度补偿，解决其应变、温度交叉敏感问题，实现对应变的独立测量。

最后，这种液体压力传感器适于长期监测的实际工程需要。并且可以根据工程需要设计出不同量程，不同精度。

光纤光栅液体压力传感器可以有效地测量液体压力大小，此外，利用监测结果可以有效评估管道结构的服役安全状态。

(四)附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是光栅温度自补偿原理图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1，本实施例光纤光栅液体压力传感器的组成包括等强度梁1、通过刚性杆4与等强度梁悬臂端相连的有硬心平膜片3和起到保护内部结构作用的金属外壳5。等强度梁1是敏感构件，上面贴有光纤光栅2进行应变测量，其较宽的一端固定在金属外壳的相应位置上，另一端为悬臂端；刚性杆一端固接在平膜片3的中心，另一端固接到等强度梁悬臂端；平膜片3采用适当的方法固定到金属外壳上；它的主要作用是将外界的液体压力转化成其中心的位移，并通过刚性杆传递给敏感元件等强度梁1。外壳5及引出光纤位置的缝隙处均用胶水密封。

结合图2，本实施例采用在等强度梁上下各贴一个光纤光栅2达到温度补偿，解决其应变、温度交叉敏感问题，实现对应变的独立测量。

本实施例的产品可以采用这样的方法来制作：首先，根据实际要监测或者测量的液体压力的需要，通过力学分析，设计好光纤光栅液体压力传感器各部件的尺寸；然后，分别制作布设光纤光栅传感器的等强度梁、刚性杆、平膜片与封装用的金属保护外壳；其次，按照结构设计图进行各部件的组装，尤其是等强度梁上两个光栅的布设，尽量做到位置相对应，将引出的光纤置入保护盒；再次，待组装好后，对液体压力光纤光栅传感器进行标定，确定好传感器的量程和精度；最后，根据设计的基本理论方法和试验标定结果，利用相关软件开发平台开发了光纤光栅液体压力智能监测系统。

Claims

1、一种基于光纤光栅的液体压力传感器，它包括金属保护外壳，其特征在于它还包括安装在金属外壳上的等强度粱，等强度梁上下表面分别布设两个光纤光栅传感器，与等强度梁相连的是用来传递变形的刚性杆，它的两边分别与等强度梁悬臂端和平膜片中心相连，最外面是直接感受液体压力、并将液体压力传递给等强度梁的有硬心平膜片。

2、根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的液体压力传感器，其特征在于所述的等强度梁上下表面对应位置布设有温度自补偿效应的双光纤光栅传感器。

3、根据权利要求2所述的一种基于光纤光栅的液体压力传感器，其特征在于在所述的等强度梁的悬臂端设置固定等强度粱用的压板。

4、根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅的液体压力传感器，其特征在于所述的光纤光栅传感器是裸光栅，上下两个光栅用一根光纤串联引出。

5、根据权利要求4所述的一种基于光纤光栅的液体压力传感器，其特征在于所述的金属保护外壳上设置有螺纹，金属保护外壳通过连接端的螺纹与液体管道相连。

6、根据权利要求5所述的一种基于光纤光栅的液体压力传感器，其特征在于所述的光纤光栅传感器通过铠装光纤引出，且其传输线路上设置保护盒。

7、根据权利要求6所述的一种基于光纤光栅的液体压力传感器，其特征在于所述的等强度梁与金属保护外壳的相应位置是刚性连接。

8、根据权利要求7所述的一种基于光纤光栅的液体压力传感器，其特征在于所述的平膜片是感受液体压力构件，其与保护壳连接位移绝对密封。

9、根据权利要求8所述的一种基于光纤光栅的液体压力传感器，其特征在于所述的刚性杆与平膜片和等强度粱的连接位置均为刚性连接。