CN210719484U

CN210719484U - 一种基于光纤光栅的压力传感器

Info

Publication number: CN210719484U
Application number: CN201922070535.7U
Authority: CN
Inventors: 邹青松
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2029-11-26

Abstract

本实用新型公开了一种基于光纤光栅的压力传感器，其包括传感电路和传感器外壳，传感器电路包括光源、光环行器和光纤光栅，光源通过光纤连接到光环行器，光环行器连接光纤光栅，光环行器上还连接有输出线路；传感器外壳包括电路安装腔室和光栅安装腔室，传感电路安装于电路安装腔室内；光栅安装腔室包括防爆外壳，防爆外壳至少在远离电路安装腔室一端的端部，设置有光栅安装结构；光栅安装结构由弹性材料制成，光栅安装结构中部沿轴向开设有第一通孔，第一通孔的孔径与光纤光栅相匹配。本设计在探针端具有极强的抗压能力，探针端可承受的侧向压力较大，可将侧向压力传递到弹性的光栅安装结构处终止，进而防止了光纤光栅被折断的情况。

Description

一种基于光纤光栅的压力传感器

技术领域

本实用新型涉及一种压力传感器，特别是一种基于光纤光栅的压力传感器。

背景技术

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。在非稳定性接触式压力测试设备中，光纤光栅传感器因其响应速度快、测试范围广的特点，被越来越多地应用于如场压、风洞测试等非稳定压力场景。

但是，光纤光栅仍是主要是利用光纤材料(石英)制成，裸光纤光栅在受到较大的侧向应力时，或者受力不均匀时，及其容易发生侧向弯折，导致折断的情况。而非稳定压力源的方向并不一定完全平行于光纤光栅，或者由于光纤光栅较细，也无法很好地将光纤光栅布置为完全平行于受压方向。因此，需要设计一种抗侧压能力强、便于布置的传感器。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于光纤光栅的压力传感器。以提高探头端光纤光栅承受侧向压力的能力，防止探头(探针)端因受过大的压力或侧向压力而发生折断、损坏的情况。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于光纤光栅的压力传感器，其包括传感电路和传感器外壳，传感器电路包括光源、光环行器和光纤光栅，光源通过光纤连接到光环行器，光环行器连接光纤光栅，光环行器上还连接有输出线路；所述传感器外壳包括电路安装腔室和光栅安装腔室，传感电路安装于电路安装腔室内；所述光栅安装腔室包括防爆外壳，所述防爆外壳至少在远离电路安装腔室一端的端部，设置有光栅安装结构；所述光栅安装结构由弹性材料制成，所述光栅安装结构中部沿轴向开设有第一通孔，所述第一通孔的孔径与所述光纤光栅相匹配。

光纤纤芯是折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，在受力时，反射光会发生变化，通过对反射光进行采集，并可视化的输出后，通过波形即可得知受力情况，实现压力测试。但是，光纤光栅是轴向受力进行压力测试，如果侧向受力的话，容易折断，将其固定到防爆外壳内，并通过弹性结构(光栅安装结构)进行固定，可以减小侧向受力，防止发生折断的情况。另外，光栅安装结构也可以对光纤光栅进行固定，便于对光纤光栅(方向、位置)的设定。

进一步的，所述防爆外壳内，对应于光栅安装结构处，设置有第一安装结构，所述光栅安装结构安装于所述第一安装结构内，所述第一安装结构的中部中空设计，所述第一安装结构中部中空部位的尺寸不小于所述第一通孔的孔径。设计第一安装结构对光栅安装结构进行固定而非将光栅安装结构直接固定到防爆外壳内，使得光栅安装结构在轴向上活动受限(轴向受力)而不发生位移。

进一步的，所述第一安装结构中部中空部位的尺寸大于所述第一通孔的孔径。这样设计，在防爆外壳侧向受力时，将应力传递给内部的光栅安装结构，光栅安装结构发生形变，由于第一安装结构中空部位大于第一通孔孔径(即光纤光栅直径)，则光纤安装结构会沿轴向发生形变，进而减小对光纤光栅的压力。

进一步的，所述防爆外壳包括相互对接的防爆上壳和防爆下壳；所述防爆上壳和防爆下壳通过第一固定结构相互固定为一体；所述防爆上壳和防爆下壳上、对应于光栅安装结构处，分别设置有成对的第一子安装结构和第二子安装结构，成对的所述第一子安装结构和第二子安装结构构成所述第一安装结构。防爆外壳设计为对接的两部分，方便内部机构(如光栅安装结构、光纤光栅)的安装和更换。

进一步的，所述光栅安装结构包括第一光栅安装结构和第二子光栅安装结构，所述第一子光栅安装结构安装于所述第一子安装结构中，所述第二子光栅安装结构安装于所述第二子安装结构中。将光栅安装结构进行分离设计，一方面便于安装光纤光栅，另一方面，两部分之间存在界面，也可以增加受力后的形变范围，防止应力完全传递到光纤光栅。

进一步的，所述第一固定结构为抱箍结构。抱箍结构便于对防爆外壳的上壳和下壳进行安装固定。同时，抱箍结构的固定效果也非常稳定。

进一步的，所述防爆外壳在靠电路安装腔室侧端部，设置有光栅固定结构，所述光栅固定结构由弹性材料制成，所述光栅固定结构中部沿轴向开设有第二通孔，所述第二通孔的孔径与所述光纤光栅相匹配。

结合前边在防爆外壳远离电路安装腔室侧端部设置的光栅安装结构，这样就至少在防爆外壳的两端可以对光纤光栅进行固定，且固定结构均具备弹性，可以使得外部对防爆外壳侧向的应力不会完全传递到光纤光栅。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本设计的基于光纤光栅的压力传感器，在探针端具有极强的抗压能力，探针端可承受的侧向压力较大，可将侧向压力传递到弹性的光栅安装结构处终止，进而防止了光纤光栅被折断的情况。

2、本设计的基于光纤光栅的压力传感器，采用至少在首尾两点设计光栅固定/安装结构，可对光纤光栅的方向进行固定，防止其弯折。

3、本设计的基于光纤光栅的压力传感器，在探针端即使受到较大的侧向压力时，弹性的光栅安装结构也可沿轴向发生形变，进而避免将(绝大数)应力传递给光纤光栅。

附图说明

图1、2分别是基于光纤光栅的压力传感器的防爆外壳在两个视角下的爆炸图。

图3是图1中去掉防爆上壳(不含光纤固定结构)后的安装的结构图。

图4是传感电路的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

参见附图1-4，本实施例公开了一种基于光纤光栅的压力传感器。该传感器包括传感电路和传感器外壳，传感器电路包括光源D1、光环行器D2和光纤光栅X，如图4所示，光源D1通过光纤连接到光环行器D2，光环行器D2连接光纤光栅X，光环行器D2上还连接有输出线路。传感器外壳包括电路安装腔室和光栅安装腔室，传感电路安装于电路安装腔室内。参见附图1-3，光栅安装腔室包括防爆外壳，防爆外壳至少在远离电路安装腔室一端的端部，设置有光栅安装结构；光栅安装结构由弹性材料(如橡胶)制成，光栅安装结构中部沿轴向开设有圆形通孔，圆形通孔的孔径与光纤光栅X相匹配。

光纤安装结构不仅是为了固定光纤光栅X，还是为了对防爆外壳内部进行密封，避免外部光线进入到防爆外壳的腔体内，影响光纤光栅X的反射光。

实施例二

本实施例公开了一种基于光纤光栅X的压力传感器。包括传感电路和传感器外壳，传感器电路包括光源D1、光环行器D2和光纤光栅X，如图4所示，光源D1通过光纤连接到光环行器D2，光环行器D2通过光纤连接光纤光栅X，光环行器D2上还连接有输出线路。传感器外壳包括电路安装腔室和光栅安装腔室，传感电路安装于电路安装腔室内。如图1-3所示，光栅安装腔室包括防爆外壳，防爆外壳至少在远离电路安装腔室一端的端部，设置有光栅安装结构；光栅安装结构由弹性材料制成，光栅安装结构中部沿轴向开设有圆形通孔，该通孔的孔径与光纤光栅X相匹配。通常来讲，在自然状态下，光栅安装结构的通孔孔径较光纤光栅X略大，以在光栅通过该通孔后，对光栅向轴心方向有轻微的压力，以对光栅进行固定。

防爆外壳包括相互对接的防爆上壳10A和防爆下壳10B；防爆上壳10A和防爆下壳10B通过抱箍40A和螺杆40B相互固定为一体。抱箍40A分别焊接在防爆上壳10A和防爆下壳10B上。在防爆上壳10A和防爆下壳10B中，设计有安装槽30，安装槽30由一对挡板构成。防爆上壳10A的安装槽30由一对挡板30A构成，防爆上壳10B的安装槽30由一对挡板30B构成。光栅安装结构由一对截面为半圆形的弹性件20A、20B对接而成，在弹性件圆心处，沿轴向开设有半径与光纤光栅X半径向匹配的半圆形通槽201，一对弹性件20A、20B相对接后，即可将光纤光栅X固定在中部。安装槽30与弹性件20A、20B是一一对应的，两者均是成对出现。安装槽30的挡板在圆心处，设计有半圆形缺口301，该半圆形缺口301的半径不小于光纤光栅X的半径。在一个实施例中，挡板上半圆形缺口301的半径为光纤光栅X半径的1.05-1.2倍。通常情况下，需要在防爆外壳的端部设置一对安装槽30。在一个实施例中，在防爆外壳的自由端端部和中部，分别设计有一对安装槽30。防爆上壳10A和防爆下壳10B靠电路安装腔室侧端部，设置有光栅固定结构。该光栅固定结构由一对截面为半圆形的弹性件10C、10D对接而成，该对弹性件10C、10D对接后中部开孔101，该开孔101的孔径与光纤光栅X的直径相匹配。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于光纤光栅的压力传感器，其包括传感电路和传感器外壳，传感器电路包括光源、光环行器和光纤光栅，光源通过光纤连接到光环行器，光环行器连接光纤光栅，光环行器上还连接有输出线路；其特征在于，所述传感器外壳包括电路安装腔室和光栅安装腔室，传感电路安装于电路安装腔室内；所述光栅安装腔室包括防爆外壳，所述防爆外壳至少在远离电路安装腔室一端的端部，设置有光栅安装结构；所述光栅安装结构由弹性材料制成，所述光栅安装结构中部沿轴向开设有第一通孔，所述第一通孔的孔径与所述光纤光栅相匹配。

2.如权利要求1所述的基于光纤光栅的压力传感器，其特征在于，所述防爆外壳内，对应于光栅安装结构处，设置有第一安装结构，所述光栅安装结构安装于所述第一安装结构内，所述第一安装结构的中部中空设计，所述第一安装结构中部中空部位的尺寸不小于所述第一通孔的孔径。

3.如权利要求2所述的基于光纤光栅的压力传感器，其特征在于，所述第一安装结构中部中空部位的尺寸大于所述第一通孔的孔径。

4.如权利要求2所述的基于光纤光栅的压力传感器，其特征在于，所述防爆外壳包括相互对接的防爆上壳和防爆下壳，所述防爆上壳和防爆下壳成对称结构；所述防爆上壳和防爆下壳通过第一固定结构相互固定为一体；所述防爆上壳和防爆下壳上、对应于光栅安装结构处，分别设置有成对的第一子安装结构和第二子安装结构，成对的所述第一子安装结构和第二子安装结构构成所述第一安装结构。

5.如权利要求4所述的基于光纤光栅的压力传感器，其特征在于，所述光栅安装结构包括第一光栅安装结构和第二子光栅安装结构，所述第一子光栅安装结构安装于所述第一子安装结构中，所述第二子光栅安装结构安装于所述第二子安装结构中。

6.如权利要求4或5所述的基于光纤光栅的压力传感器，其特征在于，所述第一固定结构为抱箍结构。

7.如权利要求1所述的基于光纤光栅的压力传感器，其特征在于，所述防爆外壳在靠电路安装腔室侧端部，设置有光栅固定结构，所述光栅固定结构由弹性材料制成，所述光栅固定结构中部沿轴向开设有第二通孔，所述第二通孔的孔径与所述光纤光栅相匹配。