[发明专利]一种温度同步响应双光栅压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及温度分布测量技术领域，具体涉及一种用于光纤温度剖面仪的双光栅压力传感器。

背景技术

目前，光纤光栅传感器在液位检测、坝体渗水压监测、油井和管道压力监测方面已经得到了广泛的应用。和传统电子式压力传感器相比，光纤光栅传感器具有可靠性好、测量精度高、抗电磁干扰、抗雷击等特点，并且其光信号允许长达35km的传输距离。

对单光栅压力传感器，其波长变化受压力和温度的双重影响，要剔除温度波动对波长变化的影响，需要进行温度补偿，将温度变化导致的波长漂移进行剥离。传统方式是串接一光栅温度传感器，两个传感器处于同一温场中，当温度达到平衡后，利用温度传感器测得的温度值对压力传感器进行补偿。一般来说，压力传感器从温度开始波动到最终达到平衡状态，需要数分钟甚至十几分钟的时间，只要时间足够长，两种传感器达到温度平衡，就可以进行温度补偿计算，剔除温度变化产生的附加波长漂移。

对某些特殊应用领域，当压力测量的响应时间小于100毫秒时，数分钟甚至更长的温度平衡时间显然不能满足这一要求。采用串接温度传感器进行补偿的方案不能满足压力响应时间要求时，就需要采用新的温度补偿方案，使温度补偿传感器和测压传感器达到较短的温度平衡时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种压力测量部分和温度补偿部分具有相同温度响应速度的双光栅压力传感器。

本发明通过如下技术方案实现：

一种温度同步响应双光栅压力传感器，包括金属增敏膜片、点胶槽、光栅固定杆、低膨胀合金固定骨架、点胶平台、尾纤出口、增敏膜片出纤保护套、测压光栅、低膨胀合金密封块、温度补偿光栅、尾部出纤保护套，金属增敏膜片和低膨胀合金固定骨架用激光焊接连接，低膨胀合金固定骨架和金属增敏膜径向厚度值保持一致，测压光栅的一端粘接固定在金属增敏膜片的光栅固定杆上，低膨胀合金固定骨架为测压光栅和温度补偿光栅提供支撑，测压光栅的另一端和温度补偿光栅的两端均粘接固定在低膨胀合金固定骨架的三个点胶平台上，点胶平台之间部分作为测压光栅和温度补偿光栅的张力缓冲区，低膨胀合金密封块与低膨胀合金固定骨架、增敏膜片出纤保护套、尾部出纤保护套用环氧胶粘接后整体密封。

作为优选，所述金属增敏膜片及上面的光栅固定杆属于一体化结构，固定杆的朝向和膜片的受压方向相反。

作为优选，用于金属增敏膜片和低膨胀合金骨架之间激光焊接连接的光栅固定杆轴心和点胶平台位于同一平面内。

作为优选，在长度方向及尾纤出口方向，在满足激光焊接连接的基础上，金属增敏膜片从其内表面到其末端控制在最小长度。

如上所述的温度同步响应双光栅压力传感器的制备方法，主要包括如下步骤：

一、增敏膜片和低膨胀合金骨架之间采用激光焊接连接：焊接前将两个结构的接触面紧密贴合，以60度间隔进行点焊固定，然后再将两个结构的其余结合部位进行360度连续焊接，焊接完成后进行去应力退火处理；

二、测压光栅和温度补偿光栅固定：双光栅一共有4个固定点，分别是增敏膜片的光栅固定杆以及低膨胀合金骨架上的三个点胶平台，将传感器置于电加热平台上，加热到100℃，测压光栅一端首先用353ND胶在光栅固定杆上进行粘接，固化温度100℃，固化时间8分钟，然后给光栅施加1.8nm的预拉力，待光栅波长稳定后，在点胶平台的光栅固定槽内点稍许353ND胶，加热8分钟后撤掉预拉力，将温度补偿光栅靠近测压光栅的一端在点胶平台上采用同样的方式进行粘接，此时不对光栅施加预拉力，保持测压光栅和温度补偿光栅之间部分为拉力缓冲区，避免拉力交叉影响，给温度补偿光栅施加1.8nm的预拉力，在点胶平台的光栅固定槽内点稍许353ND胶，加热8分钟后撤掉预拉力，粘接完毕后，停止加热，自然冷却至室温；

三、传感器密封：增敏膜片和低膨胀合金骨架之间采取激光焊接密封，为充分保证水密要求，两结构焊缝外侧凹槽内填充环氧胶，低膨胀合金骨架和低膨胀合金密封块之间、尾纤出口均采用环氧胶填充密封，密封后胶保持24小时，让胶充分固化，其中低膨胀合金骨架和低膨胀合金密封块之间密封时，所用环氧胶掺有金属钠米粉，以增加胶的导热性能及提高胶的强度。