专利名称：一种光纤光栅压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力传感器，尤其是涉及一种带有测温功能的光纤光栅压力传感器。
背景技术：
流体压力传感器是一种用途广泛的传感器，如桥梁、水坝、水文、隧道、化工、气象、边坡等，实施检测或监测的常用传感元件。现有的各种探测方案中，因为温度干扰、电磁干扰、安全性、长距离传输、使用寿命、可靠性等原因，无法很好地解决这一系列行业的压力探测问题。而光纤光栅压力传感器则可以解决目前现有探测方案中，因为温度干扰、电磁干扰、安全性、长距离传输、使用寿命、可靠性等引起的问题。但是，现有的光纤光栅压力传感器一般不具有测温功能，由于光纤光栅具有温度、应变交叉敏感的特性，因此必须进行温度补偿；其次，现有光纤光栅压力传感器的封装结构中，弹性膜片或弹性基片直接与外保护管刚性连接，外保护管的受力会干扰测压光纤光栅，从而影响测量精度；另外，现有产品中弹性膜片一侧的参考流体腔没有与大气连通，不能有效消除传感器内部残余气体压力或外部大气压力变化的影响。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量精度高的光纤光栅压力传感器。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种光纤光栅压力传感器，包括外保护管、测压光纤光栅、弹性基片和弹性膜片，所述的弹性膜片设在外保护管内，将外保护管分隔形成被测流体腔和参考流体腔，所述的被测流体腔连通被测流体，所述的参考流体腔连通大气，所述的弹性基片设在参考流体腔内，并与弹性膜片固定连接，所述的压力传感器还包括测温光纤光栅，该测温光纤光栅与测压光纤光栅串接于同一光纤上，该光纤从弹性基片和弹性膜片穿过，所述的测压光纤光栅位于参考流体腔内，测压光纤光栅的两端分别固定在弹性基片和弹性膜片上，所述的测温光纤光栅位于被测流体腔内，测温光纤光栅的一端连接测压光纤光栅，另一端为自由端；进行测量时，弹性膜片两侧被测流体腔和参考流体腔的压力差作用于弹性膜片，使得弹性膜片产生形变带动测压光纤光栅产生轴向形变，从而测量流体压力，测温光纤光栅位于被测流体腔内，通过其温敏特性测量被测流体的温度，并对测压光纤光栅的测量结果进行温度补偿。所述的外保护管和弹性膜片之间设有“0”型密封圈，该“0”型密封圈用于提高密封性以及消除外保护管的形变对弹性膜片的影响。所述的弹性基片有一个或多个通气孔，使弹性基片两侧的空气连通。所述的弹性基片和弹性膜片的边缘设有相互配合的压合结构，弹性基片通过固定压盘压合在弹性膜片。所述的固定压盘上设有一个或多个通气孔，使固定压盘两侧的空气连通。所述的外保护管的参考流体腔一侧设有一大气连通孔，所述的参考流体腔和大气之间通过所述大气连通孔连通。所述的外保护管的被测流体腔一侧设有滤网。所述的测温光纤光栅外套设有保护毛细管。所述的测压光纤光栅的两端通过 焊接的方式固定在弹性基片和弹性膜片上。所述的弹性基片上设有预拉螺母，该预拉螺母通过螺纹调节固定压盘的位置，改变弹性基片的压合位置，使两端固定于弹性基片和弹性膜片的测压光纤光栅处于预拉伸状态。与现有技术相比，本发明具有以下优点一，消除了温度干扰，本发明增加了测温功能，可以测量被测流体的温度，并对根据该温度对测压结果进行温度补偿。二，不受外界应力影响，本发明的外保护管和弹性膜片之间设有“0”型密封圈的密封结构，隔绝外保护管与弹性元件之间的应力，在实际测试中往往传感器受到外界应力的干扰，隔绝应力能提高测试的准确度，同时使流体压力传感器应用范围更加广泛。三，内部大气平衡，本发明通过在固定压板和弹性基片设置通气孔，在外保护管上设置大气连通孔，将整个参考流体腔与大气连通，有效消除传感器内部残余气体压力或外部大气压力变化的影响，在作为绝对压力和相对压力的测试中，只需要改变内部气压的连通方式就能解决传感器内部气体压力的影响。
图I为本发明一种实施例的结构示意图；图2为本发明另一种实施例的测温光纤光栅与测压光纤光栅封装在弹性膜片、弹性基片、固定压盘组装后的装配图；图3为另一种实施例中弹性膜片的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为剖视图；图4为另一种实施例中固定压盘的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为剖视图；图5为另一种实施例中弹性基片的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为剖视图；图中，I为滤网、2为保护毛细管2、3为弹性膜片、4为“0”型密封圈、5为焊接点、6为外保护管、7为大气连通孔、8为堵头、9为弹性基片、10为预拉螺母、11为固定压盘、12为通气孔、13为测压光纤光栅、14为测温光纤光栅、15为基座。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例I如图I所示，一种光纤光栅压力传感器，包括外保护管6、测压光纤光栅13、测温光纤光栅14、固定压盘11、弹性基片9和弹性膜片3。弹性膜片3设在外保护管6内，将外保护管6分隔形成被测流体腔和参考流体腔，被测流体腔连通被测流体，参考流体腔连通大气。外保护管6被测流体腔一侧设有滤网1，参考流体腔一侧设有堵头8和大气连通孔7，使得参考流体腔和大气之间连通，有效消除传感器内部残余气体压力或外部大气压力变化的影响。外保护管6和弹性膜片3之间设有“0”型密封圈4，该“0”型密封圈4用于提高密封性以及消除外保护管的形变对弹性膜片的影响，其安装槽开在外保护管6上。弹性基片9设在参考流体腔内，其边缘与弹性膜片的边缘设有相互配合的压合结构，并通过此压合结构由固定压盘11压合固定。弹性基片9的后部设有预拉螺母10，该预拉螺母10通过螺纹调节固定压盘11的位置，改变弹性基片9的压合位置。弹性基片9和固定压盘11上都设有通气孔12，使空气可以在弹性基片9和固定压盘11的两侧流通，保证整个参考流体腔气压一致。
测温光纤光栅14与测压光纤光栅13串接于同一光纤上，该光纤从弹性基片9和弹性膜片3的中央穿过，测压光纤光栅13位于参考流体腔内，其两端分别焊接在弹性基片9和弹性膜片3的两个焊接点5上，通过调节预拉螺母10使得测压光纤光栅处于预拉伸状态，测温光纤光栅14位于被测流体腔内，外部套设有保护毛细管2，测温光纤光栅14的一端连接测压光纤光栅13，另一端为自由端；进行测量时，弹性膜片两侧被测流体腔和参考流体腔的压力差作用于弹性膜片，使得弹性膜片产生形变带动测压光纤光栅产生轴向形变，从而测量流体压力，测温光纤光栅位于被测流体腔内，通过其温敏特性测量被测流体的温度，并对测压光纤光栅的测量结果进行温度补偿。实施例2如图2 4所示，本实例中的光纤光栅压力传感器的“0”型密封圈4设有两个，其安装槽开设在弹性膜片上。弹性基片9和固定压盘11的各开有一组通气孔12，其中弹性基片9上的通气孔12数量为4个，固定压盘11上的通气孔12数量为6个。光纤的焊接点5可以设在一个基座15上，该基座15可以与弹性膜片3、弹性基片9直接制成一个整体，也可以作为单独零件与弹性膜片3、弹性基片9连接。
权利要求
1.一种光纤光栅压力传感器，包括外保护管、测压光纤光栅、弹性基片和弹性膜片，所述的弹性膜片设在外保护管内，将外保护管分隔形成被测流体腔和参考流体腔，所述的被测流体腔连通被测流体，所述的参考流体腔连通大气，其特征在于，所述的弹性基片设在参考流体腔内，并与弹性膜片固定连接，所述的压力传感器还包括测温光纤光栅，该测温光纤光栅与测压光纤光栅串接于同一光纤上，该光纤从弹性基片和弹性膜片穿过，所述的测压光纤光栅位于参考流体腔内，测压光纤光栅的两端分别固定在弹性基片和弹性膜片上，所述的测温光纤光栅位于被测流体腔内，测温光纤光栅的一端连接测压光纤光栅，另一端为自由端； 进行测量时，弹性膜片两侧被测流体腔和参考流体腔的压力差作用于弹性膜片，使得弹性膜片产生形变带动测压光纤光栅产生轴向形变，从而测量流体压力，测温光纤光栅位于被测流体腔内，通过其温敏特性测量被测流体的温度，并对测压光纤光栅的测量结果进行温度补偿。
2.根据权利要求I所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的外保护管和弹性膜片之间设有“0”型密封圈，该“0”型密封圈用于提高密封性以及消除外保护管的形变对弹性膜片的影响。
3.根据权利要求I所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的弹性基片有一个或多个通气孔，使弹性基片两侧的空气连通。
4.根据权利要求I所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的弹性基片和弹性膜片的边缘设有相互配合的压合结构，弹性基片通过固定压盘压合在弹性膜片。
5.根据权利要求4所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的固定压盘上设有一个或多个通气孔，使固定压盘两侧的空气连通。
6.根据权利要求I所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的外保护管的参考流体腔一侧设有一大气连通孔，所述的参考流体腔和大气之间通过所述大气连通孔连通。
7.根据权利要求I所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的外保护管的被测流体腔一侧设有滤网。
8.根据权利要求I所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的测温光纤光栅外套设有保护毛细管。
9.根据权利要求I所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的测压光纤光栅的两端通过焊接的方式固定在弹性基片和弹性膜片上。
10.根据权利要求4所述的一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的弹性基片上设有预拉螺母，该预拉螺母通过螺纹调节固定压盘的位置，改变弹性基片的压合位置，使两端固定于弹性基片和弹性膜片的测压光纤光栅处于预拉伸状态。
全文摘要
本发明涉及一种光纤光栅压力传感器，包括外保护管、测压光纤光栅、弹性基片和弹性膜片，弹性膜片设在外保护管内，将外保护管分隔形成被测流体腔和参考流体腔，被测流体腔连通被测流体，参考流体腔连通大气，弹性基片设在参考流体腔内，并与弹性膜片固定连接，压力传感器还包括测温光纤光栅，该测温光纤光栅与测压光纤光栅串接于同一光纤上，该光纤从弹性基片和弹性膜片穿过，测压光纤光栅位于参考流体腔内，测压光纤光栅的两端分别固定在弹性基片和弹性膜片上，测温光纤光栅位于被测流体腔内，测温光纤光栅的一端连接测压光纤光栅，另一端为自由端。与现有技术相比，本发明具有测量精度高的优点。
文档编号G01L11/02GK102768094SQ20121028090
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者孙斌, 曹春耕, 杜新民 申请人:上海森首光电科技有限公司
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