CN205958169U - 一种串联式光纤光栅压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种串联式光纤光栅压力传感器，包括光纤、第一壳体（6）、第二壳体（8）、第三壳体（4）、不锈钢软管（1）、应变光栅（10）、测温光栅（3）、第一钢管（5）、第二钢管（9）、通气接口（2）、堵头（7）、支架（11）、护套接口（12）。本实用新型设计的光纤光栅压力传感器为两端输出，即可以将多个压力传感器串接起来，形成准分布式网络测量系统，方便使用，结构简单，节省系统成本。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种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，便于分布式大范围测量等优点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。
光纤光栅压力传感器的工作原理为：当外界环境压力变化引起一弹性膜片中心挠度变化进而传导至光纤光栅，使光纤光栅发生收缩或拉伸，引起光纤光栅反射波长的变化，通过对反射波长的解调来监控测量环境的压力变化。由于弹性膜片的结构导致其中心是对外界环境响应最灵敏的位置，并弹性膜中心最大挠度分别与压力、弹性膜半径的四次方成正比，与弹性膜厚度的三次方成反比。所以在弹性膜中心挠度一定的情况下，可以通过改变弹性膜的厚度和半径来调节传感器的测量范围。
当前光纤光栅压力传感器的设计多为一端输出，而在一个环境测量系统内往往需要进行分布式多点测量，这样就需要在测量系统内增加更多的光源或者将更大功率的光源分成更多的光路来连接这些光纤光栅压力传感器，以此达到多点测试的目的，此测量系统复杂，需要的器件较多，成本较高。
实用新型内容
为了解决现有技术中问题，本实用新型提供了一种串联式光纤光栅压力传感器，包括光纤、第一壳体、第二壳体、第三壳体、不锈钢软管、应变光栅、测温光栅、第一钢管、第二钢管、通气接口、堵头、支架、护套接口；所述应变光栅和测温光栅设置在所述光纤上，测温光栅与应变光栅之间剥除一段长度的涂覆层，测温光栅穿入第二钢管内，测温光栅位于第二钢管中心位置，且去除涂覆层部分完全深入第二钢管内，点胶于第二钢管与光纤剥除位置连接处；
所述应变光栅远离所述测温光栅一侧的光纤的涂覆层剥除，并将光纤穿入第一钢管内，使剥除段位于第一钢管的中心，点胶于第一钢管与光纤剥除位置连接处；
不锈钢软管穿入第二壳体弹性膜片的中心小孔内，并密封处理；
第二钢管一端的光纤从第二壳体的弹性膜片中心孔穿入，通过不锈钢软管穿出，并将第二钢管与不锈钢软管锁紧，锁紧处涂抹密封胶；
第二钢管另一端从堵头中心穿出，堵头与第二壳体装配锁紧，装配处涂有密封胶；
不锈钢软管与堵头中心孔固定密封；从不锈钢软管伸出的光纤从第一壳体的中心孔穿过，第一壳体与堵头装配锁紧，装配处涂抹密封胶；
应变光栅远离测温光栅一端的光纤从支架中心穿过，从第三壳体的中心孔内穿出，支架与第二壳体配合锁紧，锁紧处涂抹胶，应变光栅远离测温光栅一端装配的第一钢管位于支架的小孔中心；第三壳体与第二壳体装配锁紧，锁紧处涂抹密封胶；所述传感器两端的第一壳体和第三壳体处设有护套接口。
作为本实用新型的进一步改进，所述护套接口处设有保护套。
作为本实用新型的进一步改进，点胶时所用的胶水为环氧树脂胶。
根作为本实用新型的进一步改进，第二钢管与不锈钢软管螺纹锁紧。
作为本实用新型的进一步改进，不锈钢软管绕圈成弹簧状，圆圈直径为7至9mm，数量为3个，两个圈之间的轴向间距为4至6mm。
作为本实用新型的进一步改进，不锈钢软管绕圈成弹簧状，圆圈直径为8mm，两个圈之间的轴向间距为5mm。
作为本实用新型的进一步改进，第一壳体出纤端的小孔内注入防水胶。
作为本实用新型的进一步改进，第一壳体与第三壳体两端出纤孔处的小孔内注入防水胶密封。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型设计的光纤光栅压力传感器为两端输出，即可以将多个压力传感器串接起来，形成准分布式网络测量系统，方便使用，结构简单，节省系统成本。
本实用新型使用不锈钢金属软管作为光纤两端输出的重要通道，保证器件内部的气密性；
本实用新型采用全密闭的结构设计，各部件的加工材料为不锈钢或其它合金，可应用于各种更为复杂环境中。
附图说明
图1是本实用新型一种串联式光纤光栅压力传感器剖视图；
图2是本实用新型一种串联式光纤光栅压力传感器的第一壳体示意图；
图3是本实用新型一种串联式光纤光栅压力传感器的第二壳体示意图；
图4是本实用新型一种串联式光纤光栅压力传感器的第三壳体示意图；
图5是本实用新型一种串联式光纤光栅压力传感器的支架结构示意图；
图6是本实用新型一种串联式光纤光栅压力传感器的堵头结构示意图。
图中各部件名称如下：
不锈钢软管1；通气接口2；测温光栅3；第三壳体4；第一钢管5；第一壳体6；堵头7；第二壳体8；第二钢管9；应变光栅10；支架11；护套接口12；铠缆护套13；防水胶注入位置14。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
本实用新型串联式光纤光栅压力传感器包括第一壳体6、第二壳体8、第三壳体4、不锈钢软管1、应变光栅10、测温光栅3、第一钢管5、第二钢管9、通气接口2、堵头7、支架11、护套接口12、铠缆护套13。
工作原理：
待测量的外界环境气体通过通气接口2进入第二壳体8内部，通气接口2与第二壳体8之间为螺纹连接，此区域的气压与外界环境气压保持一致，当外界环境气压发生变化时，第二壳体8内部的弹性膜片的中心挠度发生变化，进而将压力传导至应变光栅10，引起应变光栅10的波长漂移，在串联式光纤光栅压力传感器内部配置有测温光栅3，测温光栅3被安装在第二钢管9内部，通过读取测温光栅3的波长数据，可对环境温度进行监控测量，进而对应变光栅10的波长漂移进行温度补偿，使测量的数据更为精确。
测温光栅3一端的光纤从第二壳体8内部的弹性膜片的中心小孔内穿过，再经过不锈钢软管1，不锈钢软管1的结构设计为弹簧状，再从堵头7中心小孔穿出，最后从第一壳体6中心小孔穿出。在距离应变光栅10一段长度的位置去除一段光纤涂覆层，第一钢管5与此段裸纤粘接，并使应变光栅10在保持一定预拉力的同时将第一钢管5使用机械紧固或者胶水粘接的方式固定于支架11上，此时支架11已与第一壳体6螺纹锁紧，应变光栅10一端光纤从第三壳体4中心小孔穿出。第一壳体6和第三壳体4中心孔附近留有内径较大的小孔，用于注入防水类胶水，保证器件的防水密封性能；不锈钢软管1两端分别与第二壳体8弹性膜片和堵头7做胶水粘接或焊接密封处理，以此确保第二壳体8内部与空间的气密性。由于中心使用的不锈钢软管1质地柔软，而且结构设计为弹簧状，因此在器件的工作过程中，不锈钢软管1引起的外力是可以忽略不计的，不影响器件的测试精度。
实施步骤：
步骤1：在测温光栅3与应变光栅10之间剥除一段长度的涂覆层，将测温光栅3穿入第二钢管9内，并使得测温光栅3位于第二钢管9中心位置，且去除涂覆层部分完全深入第二钢管9内，点胶于第二钢管9与光纤剥除位置连接处，胶水为环氧树脂胶；
步骤2：将应变光栅10附近的某一位置处的涂覆层剥除，并将光纤穿入第一钢管5内，使剥除段位于第一钢管5的中心，点胶于第一钢管5与光纤剥除位置连接处，胶水为环氧树脂胶；
步骤3：将不锈钢软管1穿入第二壳体8弹性膜片的中心小孔内，并使用环氧树脂胶粘接或激光焊接密封处理；
步骤4：将第二钢管9一端的光纤从第二壳体8的弹性膜片中心孔穿入，通过不锈钢软管1穿出，并将第二钢管9与弹性膜片一侧的钢管螺纹锁紧，螺纹处涂抹密封胶；
步骤5：将不锈钢软管1绕圈成弹簧状，圆圈直径约为8mm，数量为3个，两个圈之间的轴向间距约为5mm。将另一端从堵头7中心穿出，并将堵头7与第二壳体8螺纹装配锁紧，螺纹处涂有密封胶；
步骤6：将不锈钢软管1与堵头7中心孔使用环氧树脂胶粘接或激光焊接的方式固定密封；
步骤7：将从不锈钢软管1伸出的光纤从第一壳体6的中心孔穿过，第一壳体6与堵头7螺纹装配锁紧，螺纹处涂抹密封胶；
步骤8：将第一壳体6出纤端的小孔内注入防水胶；
步骤9：将应变光栅10一端的光纤从支架11中心穿入，支架11与第二壳体8螺纹配合锁紧，螺纹处涂抹螺纹胶，此时应变光栅10一端装配的第一钢管5应位于支架11另一端的小孔中心；
步骤10：施加预拉力于应变光栅10上，同时通过光谱分析仪观察光栅的中心波长漂移量，当达到预计漂移量时使用机械固定或者胶水粘接的方式固定第一钢管5于支架11小孔处；
步骤11：将应变光栅10端光纤从第三壳体4的中心孔内穿出，并将第三壳体4与第二壳体8螺纹装配锁紧，螺纹处涂抹密封胶；
步骤12：向第一壳体6与第三壳体4两端出纤孔处的小孔内注入防水胶，进行器件密封；
步骤13：器件两端装配护套接口12，螺纹锁紧固定，螺纹处涂抹密封胶；
步骤14：器件两端组装铠缆护套13或者其它保护套管与护套接口用胶水粘接为一体，器件组装完成。
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 (8)
1.一种串联式光纤光栅压力传感器，其特征在于：包括光纤、第一壳体（6）、第二壳体（8）、第三壳体（4）、不锈钢软管（1）、应变光栅（10）、测温光栅（3）、第一钢管（5）、第二钢管（9）、通气接口（2）、堵头（7）、支架（11）、护套接口（12）；所述应变光栅（10）和测温光栅（3）设置在所述光纤上，测温光栅（3）与应变光栅（10）之间剥除一段长度的涂覆层，测温光栅（3）穿入第二钢管（9）内，测温光栅（3）位于第二钢管（9）中心位置，且去除涂覆层部分完全深入第二钢管（9）内，点胶于第二钢管（9）与光纤剥除位置连接处；
所述应变光栅（10）远离所述测温光栅（3）一侧的光纤的涂覆层剥除，并将光纤穿入第一钢管（5）内，使剥除段位于第一钢管（5）的中心，点胶于第一钢管（5）与光纤剥除位置连接处；
不锈钢软管（1）穿入第二壳体（8）弹性膜片的中心小孔内，并密封处理；
第二钢管（9）一端的光纤从第二壳体（8）的弹性膜片中心孔穿入，通过不锈钢软管（1）穿出，并将第二钢管（9）与不锈钢软管（1）锁紧，锁紧处涂抹密封胶；
第二钢管（9）另一端从堵头（7）中心穿出，堵头（7）与第二壳体（8）装配锁紧，装配处涂有密封胶；
不锈钢软管（1）与堵头（7）中心孔固定密封；从不锈钢软管（1）伸出的光纤从第一壳体（6）的中心孔穿过，第一壳体（6）与堵头（7）装配锁紧，装配处涂抹密封胶；
应变光栅（10）远离测温光栅（3）一端的光纤从支架（11）中心穿过，从第三壳体（4）的中心孔内穿出，支架（11）与第二壳体（8）配合锁紧，锁紧处涂抹胶，应变光栅（10）远离测温光栅（3）一端装配的第一钢管（5）位于支架（11）的小孔中心；第三壳体（4）与第二壳体（8）装配锁紧，锁紧处涂抹密封胶； 所述传感器两端的第一壳体（6）和第三壳体（4）处设有护套接口（12）。
2.根据权利要求1所述的一种串联式光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述护套接口（12）处设有保护套。
3.根据权利要求1所述的一种串联式光纤光栅压力传感器，其特征在于：点胶时所用的胶水为环氧树脂胶。
4.根据权利要求1所述的一种串联式光纤光栅压力传感器，其特征在于：第二钢管（9）与不锈钢软管（1）螺纹锁紧。
5.根据权利要求1所述的一种串联式光纤光栅压力传感器，其特征在于：不锈钢软管（1）绕圈成弹簧状，圆圈直径为7至9mm，数量为3个，两个圈之间的轴向间距为4至6mm。
6.根据权利要求1所述的一种串联式光纤光栅压力传感器，其特征在于：不锈钢软管（1）绕圈成弹簧状，圆圈直径为8mm，两个圈之间的轴向间距为5mm。
7.根据权利要求1所述的一种串联式光纤光栅压力传感器，其特征在于：第一壳体（6）出纤端的小孔内注入防水胶。
8.根据权利要求1所述的一种串联式光纤光栅压力传感器，其特征在于：第一壳体（6）与第三壳体（4）两端出纤孔处的小孔内注入防水胶密封。
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|---|---|---|---|---|
| CN113405720A (zh) * | 2020-02-29 | 2021-09-17 | 潍坊嘉腾液压技术有限公司 | 一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器 |
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