[發明專利]礦用光纖布拉格光柵正壓傳感器

無效

• 申請號: 201010293568.9
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN101975638A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 蔣奇;胡德波
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種傳感器，尤其是一種礦用光纖布拉格光柵正壓傳感器。

背景技術

現有的礦用液壓支架壓力傳感器多采用金屬彈性膜與電阻應變片相結合的結構。在壓力作用下金屬彈性膜發生形變，該形變通過電阻應變片與測量電橋最終轉換為電橋的輸出電壓從而實現壓力的測量。其缺點有：

1.易受電磁干擾；

2.測量信號不易遠距離傳輸；

3.不易形成傳感器網絡；

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種結構簡單、使用方便的礦用光纖布拉格光柵正壓傳感器。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種礦用光纖布拉格光柵正壓傳感器，包括殼體，殼體一側開口，開口內密封設置有一應變薄膜，殼體內設有一整體與應變薄膜相垂直的呈之字形布置的彈性桿裝置，所述彈性桿裝置一端與應變薄膜接觸，另一端穿過殼體側面露在外部，殼體內的彈性桿上設有光纖布拉格光柵，光纖布拉格光柵通過光纖與殼體外的解調裝置相連；所述殼體開口處與應變薄膜之間區域為正壓區，殼體內其余區域與外界連通，為常壓區。

所述彈性桿裝置包括兩個平行設置的彈性桿，其中一彈性桿一端與應變薄膜接觸，另一彈性桿一端通過螺紋與殼體側面緊固連接，兩彈性桿其余的相對應的兩端通過杠桿鉸接，與殼體連接的彈性桿上設有光纖布拉格光柵，所述杠桿中部鉸接于殼體內壁上。

所述應變薄膜為金屬應變薄膜。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1.結構更加簡單光纖布拉格光柵替代了電阻應變片從而省去了電橋。

2.可以遠程測量光信號可在光纖中以極低的損耗遠距離傳輸，因此解調端可以距離探頭很遠；光信號的來回傳輸只需要單根光纖而不像電信號需要兩條線形成一個回路。

3.抗電磁干擾電信號不受測量現場惡劣電磁環境的干擾。

4.易于形成傳感網絡光纖布拉格光柵易于實現波分復用，因此可以將多個探頭組成傳感網絡，統一使用同一套解調系統。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖；

其中1.金屬應變薄膜，2.杠桿，3.彈性桿，4.光纖布拉格光柵，5.螺紋，6.光纖，7.殼體。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

如圖1所示，一種礦用光纖布拉格光柵負壓傳感器，包括保護內部的傳感元件的殼體7，殼體7一側開口，開口內密封設置有一在壓力作用下發生形變的金屬應變薄膜1，殼體7內設有一整體與金屬應變薄膜1相垂直的呈之字形布置的彈性桿裝置，所述彈性桿裝置包括兩個平行設置的彈性桿3，其中一彈性桿3一端與金屬應變薄膜1接觸，另一彈性桿3一端通過螺紋5與殼體側面緊固連接1，且該彈性桿3的端部露在殼體外部，兩彈性桿3其余的相對應的兩端通過杠桿2鉸接，所述杠桿2中部鉸接于殼體內壁上。

彈性桿3可將金屬應變薄膜1的形變轉變為光柵的拉伸形變，增強光柵的應變靈敏度。殼體7內的與殼體連接的彈性桿3上設有光纖布拉格光柵4，光纖布拉格光柵(Fiber?Bragg?Grating，FBG)4是傳感器的敏感元件，將彈性桿3的拉伸應變轉化為光學量。光纖布拉格光柵4通過光纖6與殼體7外的解調裝置相連，光纖6可將測量信號傳輸至解調端；所述殼體開口處與金屬應變薄膜1之間區域為負壓區，殼體7內其余區域與外界連通，為常壓區。彈性桿3通過螺紋5與殼體側面緊固連接。螺紋5可對彈性桿3進行預緊，消除傳動中的空程。彈性桿3為彈性金屬桿。

初始狀態下，通過預緊螺紋5將彈性桿3預緊，這樣金屬應變薄膜1被推向左側。在正常工作時，金屬應變薄膜1的左側應處于正壓狀態；右側與外界連通，壓強為一個大氣壓。這樣金屬應變薄膜1將受到一個方向由左至右的凈壓力。在該壓力的作用下，金屬應變薄膜1向右側變形經過杠桿傳動后拉伸彈性金屬桿發生形變。粘貼在彈性金屬桿上的光纖布拉格光柵(FBG)4感受彈性金屬桿桿的形變并將其轉化為光學量傳輸到解調端。

以上已經說明了壓力信號轉化為光纖布拉格光柵(FBG)4應變的全過程，下面將闡明光纖布拉格光柵(FBG)3測應變的原理。

光纖布拉格光柵(FBG)3的中心波長λ_B可以表示為：

λ_B＝2nΛ????(1)

其中，n為光柵的有效折射率，Λ為光柵的周期。在光柵發生軸向應變時，n和Λ同時發生變化，這樣光柵的中心波長就會隨光柵所受應變發生漂移。

Δλ＝λ_B(1-p_e)ε????(2)