CN202661218U - 一种温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器 - Google Patents

一种温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器 Download PDF

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桑卫兵
葛辉良
何少灵
李东明
相冰
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Abstract

本实用新型涉及一种温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器，所述的金属增敏膜片和特种金属合金支座连接固定；该特种金属合金支座为压力测量光栅和温度补偿光栅的封装支座，通过第一光栅固定毛细钢管和第二光栅固定毛细钢管间接实现连接，同时和第一密封导热块、第二密封导热块共同构成传感器的密闭壳体。本实用新型的有益效果为：该金属增敏膜片结构和水直接接触，无导压腔体或管道的存在，保证了压力的快速响应；压力快速响应以及温度的实时补偿，使压力传感器可以满足光纤温度剖面仪消耗型探头的使用要求，能够提供探头当前深度的精确数据；除用于光纤温度剖面仪，该压力传感器同样适用于传统的光栅压力传感器的应用领域。

Description

一种温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，主要是一种温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器，主要应用于海洋科考、水利水电领域。
背景技术
光纤光栅压力传感器广泛应用于流体压力测量，在液位检测、坝体渗水压监测以及油井和管道等压力监测方面有着广泛的应用。光纤光栅传感器具有可靠性好、测量精度高、抗电磁干扰、抗雷击等特点，其传输距离远，允许长达35km的传输距离，国内外知名的传感器生产公司和许多高科技公司都在其研制上投入大量精力，大力发展光栅压力传感器等产品。
目前，美国、加拿大、比利时等国的光栅压力传感器已经应用于水利水电、石油化工、全光纤声纳等多个领域的的压力监测。国内也有多家高科技公司进行光栅压力传感器的研制和生产，目前，光栅压力传感器有两种基本结构：一种是单光栅结构，靠外部的温度传感器提供温度补偿；另一种是双光栅结构，封装在同一个壳体内部，靠温补光栅对侧压光栅提供温度补偿。但目前两种补偿方案均无法提供温度的实时补偿，且传感器无法满足压力的快速响应要求，所以无法用于光纤温度剖面仪的消耗性探头。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种测压光栅和温度补偿光栅温度响应时间一致性的温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器。
本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，该压力传感器由金属增敏膜片、光栅固定结构件、特种金属合金支座、第一密封导热块、第二密封导热块、绝热挡片、压力测量光栅、第一光栅固定毛细钢管、温度补偿光栅、第二光栅固定毛细钢管、信号输出尾纤组成；所述的金属增敏膜片和特种金属合金支座连接固定；该特种金属合金支座为压力测量光栅和温度补偿光栅的封装支座，通过第一光栅固定毛细钢管和第二光栅固定毛细钢管间接实现连接，同时和第一密封导热块、第二密封导热块共同构成传感器的密闭壳体。
作为优选，所述金属增敏膜片和水直接接触，金属增敏膜片内侧的空气腔体的中心位置上固定有一光栅固定结构件。
作为优选，所述第一密封导热块和第二密封导热块与特种金属合金支座共同构成的密闭壳体和水直接接触，且该特种金属合金支座的尾端固定有一信号输出尾纤；且该信号输出尾纤与温度补偿光栅相连。
作为优选，所述密闭壳体和金属增敏膜片内侧的空气腔体之间装有绝热挡片，且该绝热挡片与光栅固定结构件相接触。
本实用新型的有益效果为：该金属增敏膜片结构和水直接接触，无导压腔体或管道的存在，保证了压力的快速响应；压力快速响应以及温度的实时补偿，使压力传感器可以满足光纤温度剖面仪消耗型探头的使用要求，能够提供探头当前深度的精确数据；除用于光纤温度剖面仪，该压力传感器同样适用于传统的光栅压力传感器的应用领域。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
附图中的标号分别为：1、金属增敏膜片；2、光栅固定结构件；3、特种金属合金支座；4、第一密封导热块；5、第二密封导热块；6、绝热挡片；7、压力测量光栅；8、第一光栅固定毛细钢管；9、温度补偿光栅；10、第二光栅固定毛细钢管；11、信号输出尾纤。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：如附图1所示，本实用新型的压力测量光栅7采用专用的光纤粘接剂固定于金属增敏膜片1内侧的光栅固定结构2内部，再将在压力测量光栅7和温度补偿光栅9之间以及温度补偿光栅9靠近尾纤的一侧，分别和第一光栅固定毛细钢管8和第二光栅固定毛细钢管10用专用的光纤粘接剂进行粘接固定；将金属增敏膜片1和特种金属合金支座3进行连接固定，将第一光栅固定毛细钢管8和第二光栅固定毛细钢管10固定于特种金属合金支座3的弧形槽内，固定时压力测量光栅7施加一定大小的预拉力，温度补偿光栅9保持一定的自由状态；将第一密封导热块4和第二密封导热块5置于特种金属合金支座3的对应位置，结构之间的缝隙用端面密封胶进行密封，信号输出尾纤11采用防弯折保护。
所述第一密封导热块4和第二密封导热块5与特种金属合金支座3共同构成的密闭壳体和水直接接触有利于消除密闭壳体沿其长度方向的温度梯度，有利于压力测量光栅7和温度补偿光栅9温度响应的一致性。
所述金属增敏膜片1，绝热挡片6对来自增敏膜片1一侧的热辐射和空气传递热量可以起到阻隔作用，有利于进一步提高压力测量光栅7和温度补偿光栅9温度响应的一致性，有利于提高传感器的温度实时补偿效果，提高压力测试精度。所述金属增敏膜片1和水直接接触，前方无导压管体和腔体，有利于压力的快速响应。
本实用新型所提出的温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器，采用以高弹性不锈钢作为金属增敏膜片1，根据设计要求，可以满足所需的量程及测试精度要求，其压力系数满足：
K p = k r 4 h 3 Eσ
其中K为常量，r为增敏膜片半径，h为其厚度，E为膜片材料的杨氏模量，σ为其泊松比，E和σ均为常量，k为常数。可以看出，传感器的压力灵敏度取决于增敏膜片的半径r和厚度h。
本实用新型的工作原理为：传感器入水后，金属增敏膜片1和水接触，水压的变化致其形变，带动压力测量光栅7的形变；传感器入水后保持竖直，其长度方向不存在温度梯度，而特种金属合金支座3径向的温度梯度对压力测量光栅7和温度补偿光栅9的热影响是同步的，加上绝热挡片6对来自金属增敏膜片1的热辐射及空气强热传递热量的阻隔，进一步保证了两根光栅对温度的实时响应，提供了实时的温度补偿，这样就可以消除压力测量光栅7同时对压力和温度敏感而导致的测量误差，而能够精确提供光纤温度剖面仪消耗性探头当前的深度数据。
本实用新型不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本实用新型所提供的结构设计，都是本实用新型的一种变形，均应认为在本实用新型保护范围之内。

Claims (4)

1.一种温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器，其特征在于：该压力传感器由金属增敏膜片（1）、光栅固定结构件（2）、特种金属合金支座（3）、第一密封导热块（4）、第二密封导热块（5）、绝热挡片（6）、压力测量光栅（7）、第一光栅固定毛细钢管（8）、温度补偿光栅（9）、第二光栅固定毛细钢管（10）、信号输出尾纤（11）组成；所述的金属增敏膜片（1）和特种金属合金支座（3）连接固定；该特种金属合金支座（3）为压力测量光栅（7）和温度补偿光栅（9）的封装支座，通过第一光栅固定毛细钢管（8）和第二光栅固定毛细钢管（10）间接实现连接，同时和第一密封导热块（4）、第二密封导热块（5）共同构成传感器的密闭壳体。
2.根据权利要求1所述的温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述金属增敏膜片（1）和水直接接触，金属增敏膜片（1）内侧的空气腔体的中心位置上固定有一光栅固定结构件（2）。
3.根据权利要求1所述的温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述第一密封导热块（4）和第二密封导热块（5）与特种金属合金支座（3）共同构成的密闭壳体和水直接接触，且该特种金属合金支座（3）的尾端固定有一信号输出尾纤（11）；且该信号输出尾纤（11）与温度补偿光栅（9）相连。
4.根据权利要求1或2所述的温度实时补偿小尺寸光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述密闭壳体和金属增敏膜片（1）内侧的空气腔体之间装有绝热挡片（6），且该绝热挡片（6）与光栅固定结构件（2）相接触。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103411725A (zh) * 2013-07-26 2013-11-27 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种温度同步响应双光栅压力传感器及其制备方法
CN112798159A (zh) * 2021-02-24 2021-05-14 吉林大学 一种碳纤维管封装的光纤光栅压力传感器
CN114323392A (zh) * 2022-03-11 2022-04-12 中国工程物理研究院流体物理研究所 用于爆轰测试的探针、探针组件、测量装置及测量方法

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