CN205958155U - 一种温度不敏感压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种温度不敏感压力传感器，包括光纤、第一合金管（1）、应变光栅（2）、支架（3）、感压壳体（5）、外壳（6）、第二合金管（7）；支架（3）和两个合金管为不同热膨胀系数材料加工而成，支架（3）的热膨胀系数小于合金管。本实用新型使用不同热膨胀系数的金属材料制作结构件，并巧妙的利用不同结构件膨胀或收缩的力方向的不同进而达到相互抵消的目的，以使器件不受温度影响；本实用新型采用全密闭的结构设计，可应用于复杂环境中；本实用新型有效避免环境温度变化对测量准确度的影响，使测量获得的数据更精确和简单。

Description

一种温度不敏感压力传感器

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种温度不敏感光纤光栅压力传感器。

背景技术

目前，在传感领域内比较常用的是电子类传感器，其工作原理是将压力通过压敏元件转化为电相关量的变化，然后再将电信号经过放大、滤波等电路处理，通过检测电信号即可得到相应的压力值。但是电子传感器电信号远距离传输不方便，需要增加很多中继站、电源等设备，并且在工作时容易产生放电现象，如果被用于油井、储油罐等复杂环境下的压力测量中，将会引起事故发生。由于检测环境的复杂，电磁干扰、雷击等对电信号的干扰比较强，严重影响测量精度，甚至破坏传感器。近年来光纤光栅压力传感器因其具有本质安全、抗电磁干扰、集传感与运输于一体，已被广泛应用于桥梁、水坝、水文、隧道、化工、气象、边坡、油井等环境中。

在当前的测量系统中，除了环境的压力实时的发生着变化，环境温度也在随时变化，而且温度的变化对于器件的准确测量造成了极大的困扰，使得器件对环境压力的测量存在很大的误差。

为了更精确的对环境压力进行测量，标准的方法是在器件内部植入一个测温光栅，器件在测量环境压力的同时对环境温度也要进行测量，测量后的压力值需要经过温度补偿校正才能得出真正的环境压力。因此在器件直接测量的后期需要进行大量的计算才能得出真正的压力测量值。

为获得准确的测量数据，大多数的光纤光栅压力传感器在内部同时植入了应变光栅和测温光栅，两者必须在同一温度环境内，而且测温光栅要避免外力干扰才能对环境温度进行准确的测量，而器件内部的应变光栅往往要处于预拉力状态，这样就需在结构上将两个光纤光栅分开，既要最大限度的保证两者被温度变化影响的一致性又要保证应变和测温光栅相互独立互不影响，对压力计的结构设计的要求非常高；因此，环境温度对应变光栅和测温光栅的影响不能同步是当前光纤光栅压力传感器的一个重要缺陷，严重影响器件的测量准确性。

实用新型内容

本实用新型根据不同合金的热膨胀系数存在的差异性，设计的光纤光栅压力传感器可以取消测温光栅，仅保留应变光栅即可消除环境温度变化对应变光栅的影响。结构简单，使用更为方便。

为了解决现有技术中问题，本实用新型提供了一种温度不敏感压力传感器，包括光纤、第一合金管、应变光栅、支架、感压壳体、外壳、第二合金管；支架和两个合金管为不同热膨胀系数材料加工而成，支架的热膨胀系数小于合金管；

所述应变光栅设置在所述光纤上，所述应变光栅的两端分别设有裸纤，所述第一合金管套入所述光纤上，使应变光栅一端的裸纤完全深入第一合金管内，光纤与第一合金管粘接起来；

第二合金管套入光纤上，使应变光栅另一端的裸纤完全深入第二合金管内，第二合金管与光纤粘接；

感压壳体为一体式结构，内置有弹性膜片，弹性膜片一面光滑平整用于感受外界压力，另一面于第一合金管装配紧固；

支架的一端与感压壳体一端相匹配，光纤从支架的中心小孔内穿出，支架与感压壳体装配紧固；第二合金管与支架固定；

光纤从外壳的中心小孔穿出，外壳与感压壳体装配紧固；

外壳的出纤端加工有不同尺寸的同心孔，最小孔为光纤穿出预留，稍大孔为灌注防水胶使用。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一合金管的一端加工有细牙螺纹，此端位于光纤的对立方向，注入环氧树脂胶于第一合金管内，将光纤与第一合金管粘接起来。

作为本实用新型的进一步改进，所述感压壳体另一面设有一凸起管状物，此管内部加工有螺纹，装有光纤光栅的第一合金管与感压壳体螺纹装配紧固，螺纹处涂有螺纹胶。

作为本实用新型的进一步改进，所述支架的一端设有外螺纹与感压壳体一端设有的内螺纹相匹配，支架与感压壳体螺纹锁紧，螺纹处涂抹螺纹胶。

作为本实用新型的进一步改进，所述外壳与感压壳体螺纹锁紧，螺纹处涂抹密封胶。

作为本实用新型的进一步改进，还包括端帽或卡套接头，所述光纤从端帽卡套接头中心穿出，端帽卡套接头与外壳螺纹锁紧，螺纹处涂抹密封胶。

作为本实用新型的进一步改进，还包括铠缆护套，所述铠缆护套套入输出的光纤，使用胶水或机械固定的方式将铠缆护套与端帽固定为一体。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型使用不同热膨胀系数的金属材料制作结构件，并巧妙的利用不同结构件膨胀或收缩的力方向的不同进而达到相互抵消的目的，以使器件不受温度影响；本实用新型采用全密闭的结构设计，可应用于复杂环境中；本实用新型有效避免环境温度变化对测量准确度的影响，使测量获得的数据更精确和简单。

附图说明

图1是本实用新型一种温度不敏感压力传感器结构示意图；

图2是本实用新型感压壳体结构示意图；

图3是本实用新型支架结构示意图；

图4是本实用新型外壳结构示意图；

图5是本实用新型第一合金管结构示意图；

图6是本实用新型第二合金管结构示意图。

图中各部件名称如下：

第一合金管1；应变光栅2；支架3；端帽4；感压壳体5；外壳6；第二合金管7；铠缆护套8。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

本实用新型温度不敏感压力传感器包括感压壳体5、应变光栅2、支架3、第一合金管1、第二合金管7、外壳6、端帽4和铠缆护套8。

工作原理：

本实用新型压力传感器的应变光栅2两端各固定一个合金管，第一合金管1固定于感压壳体5的弹性膜片上，第二合金管7固定于支架3上，支架3与感压壳体5螺纹锁紧，当环境温度发生变化时，各组件均会发生热涨冷缩现象，支架3和合金管为不同热膨胀系数材料加工而成，支架3的热膨胀系数小于合金管，支架3和合金管的具体尺寸匹配，需根据不同金属材料的热膨胀系数而定。当支架3和合金管均发生膨胀时，对于应变光栅2而言，支架3的膨胀对应变光栅2的力为向外拉伸，而两个合金管的膨胀将导致应变光栅2受力为向中间收缩，当支架3的膨胀尺寸与两个合金管的膨胀尺寸相一致的时候，应变光栅2受力相互抵消，波长保持不变，以此原理来达到温度不敏感的特性。

本实用新型压力传感器在制作过程中，需对应变光栅2施加预拉力，感压壳体5为一体式结构，内置有弹性膜片，确保器件的密闭性。当外界环境压力发生变化时，感压壳体5内部的弹性膜片的中心挠度将随之发生变化，进而将力传导至应变光栅2上，随之将引起应变光栅2的反射谱线的中心波长的漂移，再通过波长解调仪对应变光栅2的解调来达成对外界环境压力的测量。

实施步骤：

步骤1：在距离应变光栅2的某一位置处，去除光纤的涂覆层，应变光栅2的另一端也去除一段光纤的涂覆层，距离应变光栅2的长度视具体的结构设计而定；

步骤2：将第一合金管1套入光纤上，使应变光栅2一端的裸纤位置完全深入第一合金管1内，第一合金管1的一端加工有细牙螺纹，此端位于光纤光栅的对立方向，注入环氧树脂胶于第一合金管1内，将光纤与第一合金管1粘接起来，固化后，将多余的光纤剪断；

步骤3：将第二合金管7套入光纤上，使应变光栅2另一端的裸纤完全深入第二合金管7内，并注入环氧树脂胶，将第二合金管7与光纤粘接；

步骤4：感压壳体5为一体式结构，内置有弹性膜片，弹性膜片一面光滑平整用于感受外界压力，另一面有一凸起管状物，此管内部加工有螺纹，将装有光纤光栅的第一合金管1与感压壳体5螺纹装配紧固，螺纹处涂有螺纹胶；

步骤5：支架3的一端加工有外螺纹与感压壳体5一端的内螺纹相匹配，将光纤从支架3的中心小孔内穿出，支架3与感压壳体5螺纹锁紧，螺纹处涂抹螺纹胶；

步骤6：施加预拉力于光纤上，使用光谱分析仪监控光纤谱线中心波长的漂移量，当漂移量达到设计要求，使用胶水或机械固定的方式将第二合金管7与支架3固定；

步骤7：将光纤从外壳6的中心小孔穿出，并将外壳6与感压壳体5螺纹锁紧，螺纹处涂抹密封胶；

步骤8：外壳6的出纤端加工有不同尺寸的同心孔，最小孔为光纤穿出预留，稍大孔为灌注防水胶使用，此时需要将此孔位灌满防水胶，此胶可为环氧树脂胶或者硅胶；

步骤9：将光纤从端帽4中心穿出，端帽4与外壳6螺纹锁紧，螺纹处涂抹密封胶；端帽4也可使用标准规格的卡套接头代替；

步骤10：将铠缆护套8套入输出的光纤，使用胶水或机械固定的方式将铠缆护套8与端帽4固定为一体，器件装配完成。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种温度不敏感压力传感器，其特征在于：包括光纤、第一合金管（1）、应变光栅（2）、支架（3）、感压壳体（5）、外壳（6）、第二合金管（7）；支架（3）和两个合金管为不同热膨胀系数材料加工而成，支架（3）的热膨胀系数小于合金管；

所述应变光栅（2）设置在所述光纤上，所述应变光栅（2）的两端分别设有裸纤，所述第一合金管（1）套入所述光纤上，使应变光栅（2）一端的裸纤完全深入第一合金管（1）内，光纤与第一合金管（1）粘接起来；

第二合金管（7）套入光纤上，使应变光栅（2）另一端的裸纤完全深入第二合金管（7）内，第二合金管（7）与光纤粘接；

感压壳体（5）为一体式结构，内置有弹性膜片，弹性膜片一面光滑平整用于感受外界压力，另一面于第一合金管（1）装配紧固；

支架（3）的一端与感压壳体（5）一端相匹配，光纤从支架（3）的中心小孔内穿出，支架（3）与感压壳体（5）装配紧固；第二合金管（7）与支架（3）固定；

光纤从外壳（6）的中心小孔穿出，外壳（6）与感压壳体（5）装配紧固；

外壳（6）的出纤端加工有不同尺寸的同心孔，最小孔为光纤穿出预留，稍大孔为灌注防水胶使用。

2.根据权利要求1所述的一种温度不敏感压力传感器，其特征在于：所述第一合金管（1）的一端加工有细牙螺纹，此端位于光纤的对立方向，注入环氧树脂胶于第一合金管（1）内，将光纤与第一合金管（1）粘接起来。

3.根据权利要求1所述的一种温度不敏感压力传感器，其特征在于：所述感压壳体（5）另一面设有一凸起管状物，此管内部加工有螺纹，装有光纤光栅的第一合金管（1）与感压壳体（5）螺纹装配紧固，螺纹处涂有螺纹胶。

4.根据权利要求1所述的一种温度不敏感压力传感器，其特征在于：所述支架（3）的一端设有外螺纹与感压壳体（5）一端设有的内螺纹相匹配，支架（3）与感压壳体（5）螺纹锁紧，螺纹处涂抹螺纹胶。

5.根据权利要求1所述的一种温度不敏感压力传感器，其特征在于：所述外壳（6）与感压壳体（5）螺纹锁紧，螺纹处涂抹密封胶。

6.根据权利要求1所述的一种温度不敏感压力传感器，其特征在于：还包括端帽（4）或卡套接头，所述光纤从端帽（4）卡套接头中心穿出，端帽（4）卡套接头与外壳（6）螺纹锁紧，螺纹处涂抹密封胶。

7.根据权利要求6所述的一种温度不敏感压力传感器，其特征在于：还包括铠缆护套（8），所述铠缆护套（8）套入输出的光纤，使用胶水或机械固定的方式将铠缆护套（8）与端帽（4）固定为一体。