[发明专利]压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及到一种光纤压力传感器，尤其涉及一种光纤布拉格光栅压力传感器。

背景技术

水害是煤矿五大自然灾害之一，矿井突水是煤矿的致命灾害，严重威胁着煤矿的生产安全，发生时会造成巨大的经济损失和人员伤亡。近几年来，由于开采水平的延伸和开采范围的扩大，矿井生产向纵深发展，水患的威胁也日益严重，防治任务也越来越艰巨，矿井水灾严重威胁煤矿生产安全和矿工的生命安全。而对矿井承压水的水压进行实时监测是预测和防治突水的一种重要手段。

目前我国煤矿水压监测主要使用的是电类的压力传感器，但由于电信号远距离传输不方便，需要在井下增加许多二次仪表、中继器和电源等设备，传输成本高且不可靠，限制了该类型传感器的广泛应用。

光纤光栅传感器是通过对光纤光栅的特殊封装使其对待测参量敏感，并通过光纤光栅波长的变化来测量待测参量的大小及方向，例如温度、应变、应力、压力、位移、速度和加速度等实现多点检测、实时检测。目前，光纤光栅传感器已被广泛应用于建筑结构、航空航天、海洋探测等诸多科学研究领域，属于一种新颖的无损检测技术。

传统的光纤压力传感器大多采用等强度悬臂梁的形式，图一是这种结构的简图。这种传感器的传感原理为：外界压力通过压杆将压力传递给等强度悬臂梁，通过压悬臂梁的非固定端致使强度梁伸长或者缩短，从而引起粘贴在等强度悬臂梁上的光纤光栅的拉伸或收缩，进而改变光纤光栅的光栅常数，引起光纤光栅反射波长的变化，通过解调光纤光栅的反射波长的变化从而得知外界压力的变化。这种传感器的缺点是密封困难、重复性差、传力的不直接、测量误差大、体积大等等。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种矿井下实用的水害预测光纤压力传感器，并可适用于所有流体压强及温度的在线测量。

本方案是通过如下技术措施来实现的：它包括光纤光栅，其特征是所述光纤光栅为第一布拉格光纤光栅和第二布拉格光纤光栅，还包括一端开口另一端封闭的弹性弯管，所述弹性弯管包括弯曲部分和平直部分，在所述弹性弯管的弯曲部分设置有第一布拉格光纤光栅，所述第一布拉格光纤光栅经过预张紧后固定设置于弹性弯管弯曲部分两端，在弹性弯管平直部分固定设置有第二布拉格光纤光栅，所述第二布拉格光纤光栅一端与第一布拉格光纤光栅相连，另一端保持自由状态。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，第一布拉格光纤光栅在给定一个预张后用环氧胶紧粘在弹性弯管两端，当外界流体压力P通过安装法兰作用到弹性弯管内时，使得弹性弯管伸长，粘在弹性弯管上的第一布拉格光纤光栅受到拉伸而使反射波长λ₁发生变化，由于第一布拉格光纤光栅的反射波长的变化量与外界压强的变化量有着良好的线性关系，所以通过解调第一布拉格光纤光栅反射波长的变化，即可测量被测环境压强的变化。由于传感器中第一布拉格光纤光栅既对压力敏感，又对温度敏感，而第二布拉格光纤光栅一端处于自由状态，只对温度敏感，且二者处于同一环境中，所以用第一布拉格光纤光栅的波长减去第二布拉格光纤光栅因温度的变化而引起的波长的变化的量，即可得到第一布拉格光纤光栅仅因压力变化而引起的光栅反射波长的变化量，这其中需要注意的是两个光栅具有各自的温度系数，需要事先测量好。通过这种方式，在计算出环境温度的同时，也得到了我们所关心的压力值。因此本发明与现有技术相比，实现了技术目的。

本方案的具体特点还有，在所述弹簧弯管平直部分前端套装有安装座，在安装座上设置有包覆弹性弯管的保护套管。所述保护套管的前端与安装座连接，后端设置有带中央通孔的丝堵，在所述中央通孔中设置有光纤连接器。弹簧弯管为具有高韧性、高屈服强度的材料，如波登管、不锈钢等。所述安装座为安装法兰。