[实用新型]反射式压力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，特别是涉及一种反射式压力传感器。

背景技术

光纤光栅由于其高灵敏度、抗电磁干扰、远距离传感和多传感复用等优点，被广泛应用于建筑物、桥梁等结构健康监测，其中对于横向压力的传感是研究热点之一。现有基于光纤光栅横向压力传感器的原理大多是根据光栅在受到沿径向的压力时，由于光弹效应使得横截面垂直方向的模式折射率发生变化，产生双折射效应，从而导致光栅的布拉格波长分裂成两个峰。通过测量两个分裂峰的波长间隔，可以测量光栅受到的横向压力。但是由于构成光纤的石英材料具有很大的杨氏模量，因此两分裂峰波长间隔很小，所以基于此方法的横向压力传感器灵敏度都不高。有报道提出利用长周期光纤光栅峰值波长的分裂测量横向压力，由于长周期光栅通常为几厘米甚至十几厘米的长度，并且不能观察反射峰，所以限制了传感器的实际应用。

倾斜光栅属于短周期光纤光栅，其光栅平面与光纤光轴之间有轻微的倾斜，它与普通光纤光栅的制作方法相同。倾斜光栅相对于普通光纤光栅不同之处是，它可以将纤芯中前向传输的基模耦合到后向传输的包层模中。这种基模到包层模的耦合与外部环境有关，可以应用于应力、温度、弯曲及折射率传感。专利CN102012290A提出了一种基于倾斜光纤光栅的横向压力传感器，但是该传感器工作于透射谱模式，使得在实际工程中应用非常困难。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种反射式压力传感器，其方便制作，结构紧凑、应用灵活，适用于实际工程项目的需要。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种反射式压力传感器，该反射式压力传感器包括金属模具、金属压片、弹性体材料和倾斜光纤光栅，所述金属模具设有通孔，通孔内镶嵌有依次叠加的金属压片、弹性体材料、倾斜光纤光栅、弹性体材料和金属压片；所述金属模具分为上模体和下模体，上模体和下模体是镶嵌拼接的，上模体的侧面设有过孔，下模体设有凹槽，所述倾斜光纤光栅穿过过孔并通过保护套安装于上模体，同时倾斜光纤光栅固定于下模体的凹槽内；所述位于下模体凹槽内的倾斜光纤光栅的端部镀有金属薄膜形成反射镜，倾斜光纤光栅另一端连接到系统。

优选的是，所述金属模具的材料为硬金属材料。

优选的是，所述金属压片的材料为硬金属材料。

优选的是，所述倾斜光纤光栅的倾角为4度-10度。

优选的是，所述金属薄膜为金或银。

弹性体材料具有低杨氏模量，其折射率不大于石英的折射率。

本实用新型的有益效果：

本实用新型反射式压力传感器，其方便制作，结构紧凑、应用灵活，适用于实际工程项目的需要。

附图说明

图1是本实用新型反射式压力传感器的一较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型较佳实施例进行详细阐述，以使实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本实用新型实施例包括：

反射式压力传感器，该反射式压力传感器包括金属模具1、金属压片2、弹性体材料3和倾斜光纤光栅4，所述金属模具1设有通孔11，通孔11内镶嵌有依次叠加的金属压片2、弹性体材料3、倾斜光纤光栅4、弹性体材料3和金属压片2；所述金属模具1分为上模体12和下模体13，上模体12和下模体13是镶嵌拼接的，上模体12的侧面设有过孔，下模体设有凹槽14，所述倾斜光纤光栅4穿过过孔并通过保护套安装于上模体12，同时倾斜光纤光栅4固定于下模体13的凹槽14内；所述位于下模体13凹槽14内的倾斜光纤光栅4的端部镀有金属薄膜形成反射镜，倾斜光纤光栅4另一端连接到系统；所述金属模具1的材料为硬金属材料；所述金属压片2的材料为硬金属材料；所述弹性体材料3具有低杨氏模量，其折射率不大于石英的折射率；所述倾斜光纤光栅4的倾角为4度-10度；金属薄膜所用金属为金或银。

反射式压力传感器的工作方式是：传感器受到垂直于金属压片表面的横向压力时，压力通过金属压片和弹性材料层作用于倾斜光纤光栅。一方面，弹性材料受到压力后产生形变，逐渐包裹光纤光栅，由于倾斜光纤光栅的包层模与外界环境有关，因此包层模谱形发生变化。另一方面，弹性材料通过应力传递将外界应力传递到光纤，由于弹光效应使得包层模谱形发生变化。通过对光栅谱形变化进行测试和数据处理，可以得到横向应力。

本实用新型反射式压力传感器，其方便制作，结构紧凑、应用灵活，适用于实际工程项目的需要。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。