[发明专利]一种新型的光纤光栅压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅压力传感器，属于传感器与检测技术领域。

背景技术

目前，国内外对压力检测的研究和产品有很多，常采用的是传统的电测量方法，这种方法不仅具有抗电磁干扰能力差、灵敏度低等缺点外，还不适合于远距离传感和信号传输。光纤压力检测方法提供了较好的解决方案。

在光纤压力检测技术方面，(Tomasz R.Woli′nski，Aleksandra Jarmolik，and Wojtek J.Bock，Development of Fiber Optic Liquid Crystal Sensor for Pressure Measurement.IEEETRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT，48(1)，1999)提出“液晶+高双折射保偏光纤压力传感器”方法，基于压力的变化引起扭转向列液晶单元的变形(液晶厚度变化)，从而导致了输出椭圆偏振光的方向上的旋转——旋光效应，使入射的线偏振光经过被压力作用的液晶单元后，引起在两个垂直接收方向上的光强度的改变，压力测量范围～60MPa。(Wojtek J.Bock，Coherence Multiplexing of Fiber-Optic Pressure and TemperatureSensors Based on Highly Birefringent Fibers，IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATIONAND MEASUREMENT，49(2)，2000)提出的“白光干涉+高双折射保偏光纤压力传感器”方法，是基于压力的变化增大了高双折射保偏光纤各偏振模式之间的传播常数和极化模色散的差别，从而导致白光干涉条纹的横向移动，通过CCD检测条纹的横向移动就可以探测到压力的变化，实现了～20MPa测量范围和0.5％的测量精度。(刘云启，郭转运等，单个光纤光栅压力和温度的同时测量，中国激光，27(11)，2000)提出“聚合物封装+光纤光栅压力传感器”是基于压力的变化引起光纤光栅的轴向应变，从而导致光纤光栅的布拉格中心反射波长的移动，通过检测中心波长的移动量，可以得到被测压力。利用具有不同特性的聚合物分别封装在光纤光栅的两边，可以得到不受外界温度干扰的压力信息，选用不同的聚合物，可以得到不同的测量灵敏度，测量的输出信号与被测压力呈现良好的线性关系，在10MPa范围内实现了0.36MPa的测量分辨力，在20℃～80℃的温度范围内实现了0.3℃地测量分辨力。但这种方法需要结构复杂或昂贵的光谱波长解调设备实现信号的检测。

发明内容

本发明的目的在于不仅为了克服已有技术的不足之处、实现较高压力的检测问题，还具有成本低、信号解调方法简单的优点，同时，也解决了光纤光栅压力和温度交叉敏感的问题。

本发明提出了一种新颖的用于压力检测的传感器，包括基于自由圆筒的压力换能器和基于光纤光栅传感器的应变检测技术。其特征在于，包括以下内容：

1.一种压力传感器，主要包括一个自由弹性圆筒型压力换能器结构，悬臂梁机构，一只刻有光纤光栅的光纤，密封机构、外部保护壳体以及起定位作用的端部元件，其特征在于：所述的压力传感器主要是利用一只光纤光栅实现压力检测，光纤光栅固结在悬臂梁的上表面，悬臂梁置于自由弹性圆筒的内部，并通过接触点与其保持永久的“活性”接触，所述的弹性圆筒由两个端部元件及闭合螺纹元件将其固定在保护壳体内部的适当位置，这些元件之间分别通过密封垫(端部平面之间)或放置在沟槽中的环形密封圈(圆柱面之间)彼此以一定的预紧力连接。

2.按照权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述的自由圆筒压力换能器材料为铝合金，内径尺寸为20mm，外径与内径之比为1.1，长度为150mm。

3.按照权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述的传感器中的双拱形悬臂梁为等厚结构，材料为有机玻璃，长度为130mm。

4.按照权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述的传感器探头中的光纤光栅粘结在双拱形悬臂梁中点至一端的上表面中间部位。

5.按照权利要求1-4所述的传感器，其特征在于：所述的传感器信号检测方法采用光纤光栅反射光谱3dB带宽检测方法，而不是传统的波长检测方法，可以避免温度对测量信号的影响问题。

本发明具有如下特点：

(1)可实现较高压力的测量；

(2)信号传输损耗低，不失真，适合远距离测量；

(3)系统的传感器探头部分电绝缘、安全性好；