[发明专利]一种双微腔光纤差压传感器及其制造、传感测量方法

说明书

本发明公开了一种双微腔光纤差压传感器，该传感器包括壳体、膜片、光纤插芯、光纤和引压口；所述壳体包括两对称设置的圆柱形金属体，所述两个圆柱形金属体中，相互靠近的底面为第一底面，相互远离的底面为第二底面，第一底面的中心处沿壳体轴线方向设置有内凹的弧面；本发明的双微腔光纤差压传感器的壳体内部空腔壁面为弧面，可以有效防止因差压值过大导致的膜片过度形变给膜片带来的损害，起到过载保护的作用；通过膜片表面的凹面结构汇聚膜片反射光，增大反射光强；光纤端面位于圆孔内，可增大法珀腔腔长，提高空间频率和解调精度；在相同腔长条件下，相对于其他差压传感器，本发明的传感器减少了感压介质的使用量和传感器的响应时间。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种双微腔光纤差压传感器、及其制造、传感测量方法。

背景技术

差压信号作为液位测量、流量测量的关键特征参数，能直观的反映出物体的液位状态、管道内的流速情况，实时精准测量差压信号是工业界中最重要的需求之一，差压传感器也是工业界中最常见的传感器之一。差压传感器主要用于检测流体在不同位置的压力差，其应用已经渗透到核电系统的安全监测、石油化工行业、生物医疗、土木水力工程等领域。在当今工业领域中应用最多的差压传感器为电子差压传感器，根据传感原理的不同，电子差压传感器可分为多种类型，其中，电容式差压传感器和电阻式差压传感器的应用较为普遍，在长期的应用过程中，电容式差压传感器和电阻式差压传感器都存在各自的缺陷；例如：电容式差压传感器因为其传感原理导致其必然伴随着分布式电容、寄生电容等问题，这些问题会影响其测量的精度和响应的速度；电阻式差压传感器对温度和压力同时敏感，环境交叉影响大，测量的精度和稳定性受到限制。

众多工业领域(例如：能源安全、油气储备、核电系统安全监测等领域)对差压传感器在对抗严酷的环境干扰、高精度的稳定测量以及易嵌入等方面有着迫切需求；但是，传统的电子差压传感器无法长时间在严酷、恶劣环境下稳定高精度工作，并且存在温漂、可靠性差、不易在狭小空间中安装等问题；在差压测量中，传统的电子差压传感器还易因过载而损坏，可靠性和重复性差；因此亟须研究出一种能够解决这些问题的新型差压传感器。

发明内容

本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种双微腔光纤差压传感器及其制造、传感测量方法，该传感器具有对温度不敏感、抗强电磁干扰、防燃防爆、性能稳定的特点，能够在严酷、恶劣的环境下稳定高精度工作，且具有单边过载保护能力，可靠性高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。

一种双微腔光纤差压传感器，包括：壳体、膜片、光纤插芯、光纤和引压口；所述壳体内部为空腔结构，所述壳体包括两对称设置的圆柱形金属体，所述两个圆柱形金属体中，相互靠近的底面为第一底面，相互远离的底面为第二底面，第一底面的中心处沿壳体轴线方向设置有内凹的弧面；

所述膜片设置在空腔中部，并与第二底面平行；所述第二底面上沿壳体轴线方向分别设置有连通空腔的光纤安装孔和引压孔；所述光纤位于光纤插芯内，两根光纤插芯第一端分别穿过光纤安装孔，对称设置在壳体上，膜片左右两侧面分别与光纤第一端端面形成法珀腔，引压口对称设置在引压孔处；

所述弧面的底部设置有圆孔，所述圆孔与光纤安装孔同轴，所述膜片表面与弧面之间的部分为第一微腔，所述弧面底部与圆孔底部之间的部分为第二微腔；所述光纤插芯端面与光纤端面齐平，所述光纤插芯第一端端面位于圆孔底部。

本发明的双微腔光纤差压传感器继承了传统光纤差压传感器所具有的本征绝缘、低损耗、抗电磁干扰、耐高温高压等优点，能够在严酷、恶劣的环境下稳定高精度工作；圆柱形金属体的第一底面的中心处沿壳体轴线方向设置有内凹的弧面，使壳体空腔壁面形成弧面结构，能够有效防止因差压值过大导致的膜片过度形变(塑性形变)给膜片带来的损害，起到单边过载保护作用，提高传感器的可靠性和重复性。