[实用新型]一种可同时测量温度和压力的光纤光栅传感器

说明书

本实用新型公开了一种可同时测量温度和压力的光纤光栅传感器，该传感器包括底部开口的薄壁筒、封装在薄壁筒外部的保护外壳，所述薄壁筒和保护外壳之间存在间隙；所述薄壁筒外表面固定有第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述第一和第二光纤光栅的光纤尾纤穿出保护外壳的顶部，所述薄壁筒的横截面为由两条直线边和分别连接两条直线边两端的两个半圆弧围成的类椭圆形，所述第一光纤光栅沿薄壁筒轴线方向固定在薄壁筒的直线边所在面的中央，所述第二光纤光栅沿薄壁筒轴线方向固定在薄壁筒的半圆弧所在面的中央，且第一和第二光纤光栅的中心与薄壁筒的中心位于同一高度上，本实用新型所公开的传感器结构新颖、灵敏度高、测量结果可靠、应用广。

技术领域

本实用新型涉及一种光纤光栅传感器，特别涉及一种可同时测量温度和压力的光纤光栅传感器。

背景技术

压力是一个重要的物理参数，在海洋，国防，石化，医疗，航空，电力等领域有着重要的测量价值。通过压力测量，我们可以了解设备的安全状况，系统的运行状态，环境的变化情况以及海下某一位置的深度等。现有的压力传感器多为电式传感器，在抗电磁干扰，使用安全性，信号远距离传输等方面存在一些问题，因而在强电磁干扰，易燃易爆，远距离参数监控等场合使用受限。而基于光信号的光纤压力传感器，既有传感器的本质安全性，又可实现信号的远距离传输而不受干扰。

现在常用的光纤压力传感器主要有光纤光栅式压力传感器和光纤法布里珀罗式压力传感器。光纤法布里珀罗式压力传感器体积较小、结构简单，常用于单点式压力测量，但不适合传感器的分布式测量。光纤光栅是一种工艺成熟、性能稳定的光纤传感器件，且光纤光栅传感器便于分布式测量，在实际生产生活中已有大量应用。由于光纤光栅本身的压力灵敏度较低(仅约0.003nm/MPa)，为了实现高分辨力的压力测量，很多相关设计方案借用不同的增敏结构来提高光纤压力传感器的灵敏度。现有的压力增敏结构有膜片式、薄壁筒式、聚合物包覆式及弹簧管式等结构。然而，膜片式压力传感器往往需要配合金属化封装，制作工艺比较复杂，成本比较高；弹簧管式光栅压力传感器需要零件间的可靠配合，否则容易出现零点漂移问题；聚合物式压力传感器则存在长期使用时的老化和蠕变问题。

大连理工大学的申人升等人发明了一种薄壁应变筒式的光纤光栅压力传感器(参考专利：内弧形顶薄壁应变筒投入式光纤Bragg光栅压力传感器，公开号：CN101266179)，这种传感器由金属薄壁内筒，金属厚壁外筒，压力测量光栅，温补光栅和密封垫构成。根据文中表述，该种传感器金属薄壁内筒的横截面为圆形，压力灵敏度仅为0.033nm/MPa，在应用于一些灵敏度要求较高的场合时不能满足需求。此外，该方案中将温补光栅固定于薄壁圆筒的顶端，而压力光栅沿薄壁筒轴向固定于筒壁外侧，因为两个光纤光栅空间方位垂直，距离较远，导致两光栅所处位置温度梯度过大，解耦响应时间过长，且位于薄壁筒顶部外侧的温补光栅容易受到外界温度的干扰。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种可同时测量温度和压力的光纤光栅传感器，灵敏度高、温度响应快、水密性好，结构简单，可应用于管道压力、海水深度(压力)等的测量。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种可同时测量温度和压力的光纤光栅传感器，包括底部开口的薄壁筒、封装在薄壁筒外部的保护外壳，所述薄壁筒和保护外壳之间存在间隙；所述薄壁筒外表面固定有第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的光纤尾纤穿出保护外壳的顶部，所述薄壁筒的横截面为由两条直线边和分别连接两条直线边两端的两个半圆弧围成的类椭圆形，所述第一光纤光栅沿薄壁筒的轴线方向固定在薄壁筒的直线边所在面的中央，所述第二光纤光栅沿薄壁筒的轴线方向固定在薄壁筒的半圆弧所在面的中央，且第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心与薄壁筒的中心位于同一高度上。