CN213209334U - 弹簧管式光纤光栅压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种弹簧管式光纤光栅压力传感器，包括外壳，外壳上设有进气口，外壳内部设有一弹簧管，其一端与进气口连接，另一端封闭；弹簧管的一侧设有传感光纤，该传感光纤上设有串联的第一光纤光栅和第二光纤光栅，第一光纤光栅固定在弹簧管上；第二光纤光栅与第一光纤光栅平行设置，第二光纤光栅的一端与外壳固定，另一端与弹簧管的封闭端固定，并通过尾纤与外部解调仪表连接。本实用新型结合传统弹簧管的结构和光纤光栅传感器的原理，将光纤光栅封装在弹簧管结构之上，以达到压力监测的目的，并具有温度补偿功能。

Description

弹簧管式光纤光栅压力传感器

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种弹簧管式光纤光栅压力传感器。

背景技术

近年来光纤类产品众多，尤其涉及光纤传感领域，而光纤是这些领域的传输媒介，具有传输频率带宽、通信容量大、不受电磁干扰、光纤重量轻、原材料来源丰富等优点。

传统的弹簧管压力表工作安全可靠，结构简单，价格便宜，但压力测试精度较差，温度补偿不准，且不能实现温度信息的远程传输与监测，更无法组网。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中压力测试精度较差，温度补偿不准的缺陷，提供一种高精度、量程可调，且可远距离监测的弹簧管式光纤光栅压力传感器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于弹簧管式的压力传感器，包括外壳，外壳上设有进气口，外壳内部设有一弹簧管，其一端与进气口连接，另一端封闭；

弹簧管的一侧设有传感光纤，该传感光纤上设有串联的第一光纤光栅和第二光纤光栅，第一光纤光栅固定在弹簧管上；第二光纤光栅与第一光纤光栅平行设置，第二光纤光栅的一端与外壳固定，另一端与弹簧管的封闭端固定，并通过尾纤与外部解调仪表连接。

接上述技术方案，弹簧管包括相连通且呈L型设置的长管和短管，长管的一端连接进气口，短管的一端封闭。

接上述技术方案，第一光纤光栅通过第一、第二毛细钢管固定在弹簧管的长管的管壁上，且受一定的预拉力；第二光纤光栅通过第三、第四毛细钢管固定，且受一定的预拉力，固定在毛细钢管之间的光纤光栅部分长度相同。

接上述技术方案，第三毛细钢管固定在进气口旁的外壳上，第四毛细钢管固定在短管的封闭端。

接上述技术方案，第三毛细钢管的中间开槽，传感光纤从槽中穿过。

接上述技术方案，L型弹簧管的壁厚相同，且在折弯处的截面为椭圆形或跑道形。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型结合传统弹簧管的结构和光纤光栅传感器的原理，将光纤光栅封装在弹簧管结构之上，以达到压力监测的目的，并具有温度补偿功能，具有高精度，量程可调，可远距离监测，抗电磁干扰，易于分布式铺设等优点。此外本实用新型弹簧管式光纤光栅压力传感器制作方便、结构简单、可消除外界温度影响，具有高精度，量程可调，可远距离监测，抗电磁干扰，易于分布式铺设等优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型弹簧管式光纤光栅压力传感器的结构示意图。

图2是本实用新型中弹簧管形变示意图。

其中，外壳1、弹簧管2、进气口3、光纤光栅4、光纤光栅5、毛细钢管6、毛细钢管7、毛细钢管8、毛细钢管9、尾纤10。

具体实施方式

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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例基于弹簧管式的压力传感器，如图1所示，包括外壳1，外壳上设有进气口3，外壳内部设有一弹簧管2，其一端与进气口连接，另一端封闭。

弹簧管的一侧设有传感光纤，该传感光纤上设有串联的光纤光栅4和光纤光栅5，光纤光栅4固定在弹簧管上；光纤光栅5与光纤光栅4平行设置，光纤光栅5的一端与外壳固定，另一端与弹簧管的封闭端固定，并通过尾纤10与外部解调仪表连接。

本实用新型的一个实施例中，弹簧管包括相连通且呈L型设置的长管和短管，长管的一端连接进气口，短管的一端封闭。L型的弹簧管2为压力变形件，为均匀材质，壁厚相同，折弯处的截面为椭圆形或跑道形，其末端封闭。

进一步地，在毛细钢管8中间开槽可让传感光纤通过，且L型的弹簧管2、毛细钢管6、毛细钢管7、毛细钢管8、毛细钢管9为同一材质，保证材料线膨胀系数一样。常见的材质有锡磷青铜、铍青铜和不锈钢等。设计为L型弹簧管主要是便于在L型弹簧管直臂上粘贴固定温补光纤光栅得到更精准的温度补偿，提高测量精度。最后制作含有光纤光栅4与光纤光栅5的光纤光栅串，两个光栅的中心波长间隔至少为2nm，两个光栅的间距根据传感器结构灵活确定，一般为10CM左右。

安装时将弹簧管2焊接固定在外壳1上，前端封闭，将毛细钢管6、毛细钢管7、毛细钢管8、毛细钢管9按图1所示焊接固定，毛细钢管8固定在外壳进气口旁，与毛细钢管9在垂直方向对齐。要求毛细钢管6、毛细钢管7固定的间距和毛细钢管8、毛细钢管9的固定间距相等，并确保钢管6与钢管7，钢管8与钢管9在同一直线上。当温度变化时，光纤光栅4和光纤光栅5波长变化量相等，从而起到温度补偿作用，以获得最好的温度补偿效果。

将传感光纤依次穿过毛细钢管9，毛细钢管8，毛细钢管6，毛细钢管7，并将光纤光栅4置于毛细钢管6与毛细钢管7之间，将光纤光栅5置于毛细钢管8与毛细钢管9之间，再用353ND胶粘接固定毛细钢管6、毛细钢管8内的光纤。

光纤光栅4通过毛细钢管6和毛细钢管7固定在弹簧管2管壁上，光纤光栅4固定时受预拉力。

光纤光栅5通过毛细钢管8和毛细钢管9固定，光纤光栅5固定时受预拉力，当进气口3通入压力介质时，光纤光栅5波长变化。

将尾纤10连至解调仪表，拉光纤尾纤使波长变化1nm，用353ND胶粘接固定毛细钢管9内的光纤，同样方法拉光纤光栅4尾纤使波长变化1nm后用353ND胶粘接固定毛细钢管7内的光纤。

尾纤10连接至解调仪表，通过仪表解调出光纤光栅5与光纤光栅4的波长变化量的差值即可知道压力变化量。

当传感器温度变化时，材料本身的膨胀系数为α，材料长度为L，温度变化量为ΔT，那么，根据热膨胀计算公式可知：材料长度变化量ΔL＝α*L*ΔT。

在制作传感器时，毛细钢管6与毛细钢管7，毛细钢管8与毛细钢管9之间的距离相等都为L，材质相同膨胀系数都为α，所以温度变化引起的长度变化相同，都为ΔL＝α*L*ΔT，因此毛细钢管6与毛细钢管7之间的光纤和毛细钢管8与毛细钢管9之间的光纤伸长量是一样的，导致光纤光栅4和光纤光栅5因温度引起的波长变化量是相同的，即Δλ4＝Δλ5。

传统C型弹簧管是利用一个单端固定的自由光纤光栅做温度补偿，通常情况下，测压的光纤光栅与做温补的自由状态光纤光栅在温度变化时的K值(线性度)不一样，不能准确剔除温度影响。而上述L型弹簧管上的光纤光栅4与光纤光栅5温度变化系数一样，能更好的剔除温度影响。

如上，当进气口3充入压力介质时，L型弹簧管2折弯处的椭圆形或跑道形有变圆的趋势，根据图2弹簧管形变示意图和弹簧管软件模拟位移示意图(由于是非黑白线条图，未示出)可知光纤光栅5有变大的趋势。通过解调仪表算出光纤光栅4波长λ4和光纤光栅5的波长λ5，那么压力变化值为ΔP＝(λ5-λ4)*K。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种弹簧管式光纤光栅压力传感器，其特征在于，包括外壳，外壳上设有进气口，外壳内部设有一弹簧管，其一端与进气口连接，另一端封闭；

弹簧管的一侧设有传感光纤，该传感光纤上设有串联的第一光纤光栅和第二光纤光栅，第一光纤光栅固定在弹簧管上；第二光纤光栅与第一光纤光栅平行设置，第二光纤光栅的一端与外壳固定，另一端与弹簧管的封闭端固定，并通过尾纤与外部解调仪表连接。

2.根据权利要求1所述的弹簧管式光纤光栅压力传感器，其特征在于，弹簧管包括相连通且呈L型设置的长管和短管，长管的一端连接进气口，短管的一端封闭。

3.根据权利要求2所述的弹簧管式光纤光栅压力传感器，其特征在于，第一光纤光栅通过第一、第二毛细钢管固定在弹簧管的长管的管壁上，且受一定的预拉力；第二光纤光栅通过第三、第四毛细钢管固定，且受一定的预拉力，固定在毛细钢管之间的光纤光栅部分长度相同。

4.根据权利要求3所述的弹簧管式光纤光栅压力传感器，其特征在于，第三毛细钢管固定在进气口旁的外壳上，第四毛细钢管固定在短管的封闭端。

5.根据权利要求4所述的弹簧管式光纤光栅压力传感器，其特征在于，第三毛细钢管的中间开槽，传感光纤从槽中穿过。

6.根据权利要求2所述的弹簧管式光纤光栅压力传感器，其特征在于，L型弹簧管的壁厚相同，且在折弯处的截面为椭圆形或跑道形。

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