CN209820658U - 一种基于温度补偿的fbg压力传感头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于温度补偿的FBG压力传感头，涉及光纤光栅和压力测量技术领域，具体涉及一种基于温度补偿的FBG压力传感头。本实用新型是为了解决现如今压力传感器外形较大，结构繁琐，在变温的情况下不能完成精准测量，灵敏度差的问题。本实用新型传感头中包括光纤耦合器、承重板、压力传杆、一号光纤光栅、一号压力形变材料、一号装置保护壳、二号光纤光栅、二号压力形变材料、二号装置保护壳、传感头保护外壳。可通过OSA光谱仪观察到不同的光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化，从而消除温度对压力传感测量的影响，完成温度补偿，进而得到被测压力的精确值。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤光栅与压力传感技术领域，具体涉及一种基于温度补偿的FBG压力传感头。
背景技术
随着光纤光栅研究的深入，光纤光栅制作工艺和光纤光敏特性也逐渐提高，尤其在压力传感方面监测领域中的应用起到越来越重要的作用。与传统压力传感器件相比而言，光纤传感器以光信号为载体，具有抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、重量轻、灵敏度高、响应速度快等优点使其得到了广泛的应用。现阶段，大多数压力传感器在变温的情况下并不能完成精准测量，且结构更加繁琐。所以，将光纤光栅与压力传感结构相结合，设计出一种基于温度补偿的FBG压力传感头十分必要。
发明内容
本实用新型的实施实例提供了一种基于温度补偿的FBG压力传感头，是为了解决现有的压力传感外形较大，结构繁琐，且无法消除温度对精准测量的影响。
为达上述目的，本实用新型实施实例采用如下技术方案：
提供了一种基于温度补偿的FBG压力传感头，其特征在于：它包括光纤耦合器(1)、承重板(2)、压力传杆(3)、一号光纤光栅(4)、一号压力形变材料(5)、一号装置保护壳(6)、二号光纤光栅(7)、二号压力形变材料(8)、二号装置保护壳(9)、传感头保护外壳(10)；
光纤耦合器(1)的一端通过单模光纤与光源相连，另一端通过单模光纤分别与一号光纤光栅(4)和二号光纤光栅(7)相连；一号光纤光栅(4)固定在一号压力形变材料(5)上，并且通过压力传杆(3)与承重板(2)连接；一号光纤光栅(4)的通过单模光纤与外界检测装置相连；二号光纤光栅(7)通过单模光纤与外界检测装置相连。
所述的光纤耦合器(1)为单模光纤耦合器，其分光比为50:50。
所述的承重板(2)为5cm×5cm钢结构压力承重板，其底部质心位置与长度为4cm的钢材质压力传杆(3)焊接。
所述的一号光纤光栅(4)和二号光纤光栅(7)的长度均为2cm，其布拉格波长在室温条件下均为1536.13nm。
所述的一号压力形变材料(5)和二号压力形变材料(8)均为受压微弯形变的EPDM橡胶条，其长度均为3cm，且在常温下有较好的抗氧化和高拉伸强度的特性。
所述的一号装置保护壳(6)和二号装置保护壳(9)均为5cm的有机玻璃保护外壳，其内部均填充泡沫减震材料。
所述的传感头保护外壳(10)为成型后不可形变的热固性硬塑料外壳，其长度为10cm，宽度为8cm，高度为8cm。
本实用新型专利提供了一种基于温度补偿的FBG压力传感头，该传感头实现了消除温度影响的压力传感和测量，并且改善了传统压力传感外形较大，结构繁琐的问题。
本实用新型的有益效果是：本实用新型针对现如今压力传感器外形较大，结构繁琐，在变温的情况下不能完成精准测量，灵敏度差的问题，提出改进方案。通过ASE光源发出的光经过单模光纤传输到光纤耦合器，分成两条光路，其中一条经过单模光纤传输到一号探测装置中的光纤光栅中。当物体对承重板产生压力时，经由压力传杆作用到一号压力形变材料上产生形变，从而使得固定在压力形变材料的光纤光栅发生相应形变，进而导致光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化。另一条光路通过单模光纤与二号探测装置中的光纤光栅相连，记录温度导致光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化。当外界压力与温度同时发生变化时，我们可以通过OSA光谱仪观察到不同的光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化，从而消除温度对压力传感测量的影响，完成温度补偿，进而得到被测压力的精确值。因此，该传感头可实现温度补偿的压力传感测量，同时减小体积，提高灵敏度，降低制作成本。
附图说明
图1为一种基于温度补偿的FBG压力传感头的结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
如图1，本实施方式所述的一种基于温度补偿的FBG压力传感头，其特征在于：它包括光纤耦合器(1)、承重板(2)、压力传杆(3)、一号光纤光栅(4)、一号压力形变材料(5)、一号装置保护壳(6)、二号光纤光栅(7)、二号压力形变材料(8)、二号装置保护壳(9)、传感头保护外壳(10)；
光纤耦合器(1)的一端通过单模光纤与光源相连，另一端通过单模光纤分别与一号光纤光栅(4)和二号光纤光栅(7)相连；一号光纤光栅(4)固定在一号压力形变材料(5)上，并且通过压力传杆(3)与承重板(2)连接；一号光纤光栅(4)的通过单模光纤与外界检测装置相连；二号光纤光栅(7)通过单模光纤与外界检测装置相连。
所述的光纤耦合器(1)为单模光纤耦合器，其分光比为50:50。
所述的承重板(2)为5cm×5cm钢结构压力承重板，其底部质心位置与长度为4cm的钢材质压力传杆(3)焊接。
所述的一号光纤光栅(4)和二号光纤光栅(7)的长度均为2cm，其布拉格波长在室温条件下均为1536.13nm。
所述的一号压力形变材料(5)和二号压力形变材料(8)均为受压微弯形变的EPDM橡胶条，其长度均为3cm，且在常温下有较好的抗氧化和高拉伸强度的特性。
所述的一号装置保护壳(6)和二号装置保护壳(9)均为5cm的有机玻璃保护外壳，其内部均填充泡沫减震材料。
所述的传感头保护外壳(10)为成型后不可形变的热固性硬塑料外壳，其长度为10cm，宽度为8cm，高度为8cm。
在使用时，先按照附图说明将光路搭建完成，将传感头平行被测物体放置。待ASE光源输出信号稳定后即可进行测量。
工作原理：
基于温度补偿的FBG压力传感结构：
工作过程：由ASE光源发出的光经过单模光纤传输到光纤耦合器，分成两条光路，其中一条经过单模光纤传输到一号探测装置中的光纤光栅中。当物体对承重板产生压力时，经由压力传杆作用到一号压力形变材料上产生形变，从而使得固定在压力形变材料的光纤光栅发生相应形变，进而导致光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化；另一条光路通过单模光纤与二号探测装置中的光纤光栅相连，记录温度导致光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化；当外界压力与温度同时发生变化时，我们可以通过OSA光谱仪观察到不同的光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化，从而消除温度对压力传感测量的影响，完成温度补偿，进而得到被测压力的精确值。
ΔλB＝ΔλF+ΔλT＝2n∧F+2n∧T (1)。
ΔλT＝2n∧T (2)。
ΔλF＝ΔλB-ΔλT (3)。
其中，ΔλB为压力导致形变和温度共同作用下的光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化量，ΔλF为压力导致形变作用下的光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化量，ΔλT温度作用下的光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化量，n为光纤光栅的纤芯折射率，∧F和∧T分别为压力形变作用和温度作用对应的栅格周期。
Claims (7)
1.一种基于温度补偿的FBG压力传感头，其特征在于：它包括光纤耦合器（1）、承重板（2）、压力传杆（3）、一号光纤光栅（4）、一号压力形变材料（5）、一号装置保护壳（6）、二号光纤光栅（7）、二号压力形变材料（8）、二号装置保护壳（9）、传感头保护外壳（10）；
光纤耦合器（1）的一端通过单模光纤与光源相连，另一端通过单模光纤分别与一号光纤光栅（4）和二号光纤光栅（7）相连；一号光纤光栅（4）固定在一号压力形变材料（5）上，并且通过压力传杆（3）与承重板（2）连接；一号光纤光栅（4）的通过单模光纤与外界检测装置相连；二号光纤光栅（7）通过单模光纤与外界检测装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的FBG压力传感头，其特征在于：所述的光纤耦合器（1）为单模光纤耦合器，其分光比为50:50。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的FBG压力传感头，其特征在于：所述的承重板（2）为5cm×5cm钢结构压力承重板，其底部质心位置与长度为4cm的钢材质压力传杆（3）焊接。
4.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的FBG压力传感头，其特征在于：所述的一号光纤光栅（4）和二号光纤光栅（7）的长度均为2cm，其布拉格波长在室温条件下均为1536.13nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的FBG压力传感头，其特征在于：所述的一号压力形变材料（5）和二号压力形变材料（8）均为受压微弯形变的EPDM橡胶条，其长度均为3cm，且在常温下有较好的抗氧化和高拉伸强度的特性。
6.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的FBG压力传感头，其特征在于：所述的一号装置保护壳（6）和二号装置保护壳（9）均为5cm的有机玻璃保护外壳，其内部均填充泡沫减震材料。
7.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的FBG压力传感头，其特征在于：所述的传感头保护外壳（10）为成型后不可形变的热固性硬塑料外壳，其长度为10cm，宽度为8cm，高度为8cm。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114459646A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-10 | 河南科技大学 | 一种增敏型温度自补偿光纤光栅力传感器 |
| CZ309636B6 (cs) * | 2021-07-12 | 2023-05-31 | Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava | Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic |
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2019
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| CZ309636B6 (cs) * | 2021-07-12 | 2023-05-31 | Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava | Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic |
| CN114459646A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-10 | 河南科技大学 | 一种增敏型温度自补偿光纤光栅力传感器 |
| CN114459646B (zh) * | 2022-01-20 | 2024-02-20 | 河南科技大学 | 一种增敏型温度自补偿光纤光栅力传感器 |
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