[實(shí)用新型]礦用光纖布拉格光柵負(fù)壓傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020544257.0
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN201852668U
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣奇;胡德波
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種傳感器，尤其是一種礦用光纖布拉格光柵負(fù)壓傳感器。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的礦用壓力傳感器多采用金屬彈性膜與電阻應(yīng)變片相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。在壓力作用下金屬彈性膜發(fā)生形變，該形變通過電阻應(yīng)變片與測量電橋最終轉(zhuǎn)換為電橋的輸出電壓從而實(shí)現(xiàn)壓力的測量。其缺點(diǎn)有：

1.易受電磁干擾

2.測量信號不易遠(yuǎn)距離傳輸

3.不易形成傳感器網(wǎng)絡(luò)

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的礦用光纖布拉格光柵負(fù)壓傳感器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：

一種礦用光纖布拉格光柵負(fù)壓傳感器，包括殼體，殼體一側(cè)開口，開口內(nèi)密封設(shè)置有一應(yīng)變薄膜，殼體內(nèi)設(shè)有一與應(yīng)變薄膜相垂直的彈性桿，所述彈性桿一端與應(yīng)變薄膜接觸，另一端穿過殼體側(cè)面露在外部，殼體內(nèi)的彈性桿上設(shè)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(diào)裝置相連；所述殼體開口處與應(yīng)變薄膜之間區(qū)域?yàn)樨?fù)壓區(qū)，殼體內(nèi)其余區(qū)域與外界連通，為常壓區(qū)。

所述應(yīng)變薄膜為金屬應(yīng)變薄膜。

所述彈性桿通過螺紋與殼體側(cè)面緊固連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.結(jié)構(gòu)更加簡單光纖布拉格光柵替代了電阻應(yīng)變片從而省去了電橋。

2.可以遠(yuǎn)程測量光信號可在光纖中以極低的損耗遠(yuǎn)距離傳輸，因此解調(diào)端可以距離探頭很遠(yuǎn)；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(xiàn)場惡劣電磁環(huán)境的干擾。

4.易于形成傳感網(wǎng)絡(luò)光纖布拉格光柵易于實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用，因此可以將多個探頭組成傳感網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一使用同一套解調(diào)系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

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

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種礦用光纖布拉格光柵負(fù)壓傳感器，包括保護(hù)內(nèi)部的傳感元件的殼體6，殼體6一側(cè)開口，開口內(nèi)密封設(shè)置有一在壓力作用下發(fā)生形變的金屬應(yīng)變薄膜1，殼體6內(nèi)設(shè)有一與金屬應(yīng)變薄膜1相垂直的彈性桿2，彈性桿2可將金屬應(yīng)變薄膜的形變轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈻诺睦煨巫?，增?qiáng)光柵的應(yīng)變靈敏度。所述彈性桿2一端與金屬應(yīng)變薄膜1接觸，另一端穿過殼體側(cè)面露在外部，殼體6內(nèi)的彈性桿2上設(shè)有光纖布拉格光柵3，光纖布拉格光柵(Fiber?Bragg?Grating，F(xiàn)BG)3是傳感器的敏感元件，將彈性桿2的拉伸應(yīng)變轉(zhuǎn)化為光學(xué)量。光纖布拉格光柵3通過光纖5與殼體6外的解調(diào)裝置相連，光纖5可將測量信號傳輸至解調(diào)端；所述殼體開口處與金屬應(yīng)變薄膜1之間區(qū)域?yàn)樨?fù)壓區(qū)，殼體6內(nèi)其余區(qū)域與外界連通，為常壓區(qū)。彈性桿2通過螺紋4與殼體側(cè)面緊固連接。螺紋4可對彈性桿2進(jìn)行預(yù)緊，消除傳動中的空程。彈性桿2為彈性金屬桿。

初始狀態(tài)下，通過預(yù)緊螺紋4將彈性桿2預(yù)緊，這樣金屬應(yīng)變膜1被拉向右側(cè)。在正常工作時，金屬應(yīng)變薄膜1的左側(cè)應(yīng)處于負(fù)壓狀態(tài)；右側(cè)與外界連通，壓強(qiáng)為一個大氣壓。這樣金屬應(yīng)變薄膜1將受到一個方向由右至左的凈壓力。在該壓力的作用下，金屬應(yīng)變薄膜1向左側(cè)變形從而拉伸彈性金屬桿發(fā)生形變。粘貼在彈性金屬桿上的光纖布拉格光柵(FBG)3感受彈性金屬桿桿的形變并將其轉(zhuǎn)化為光學(xué)量傳輸?shù)浇庹{(diào)端。

以上已經(jīng)說明了壓力信號轉(zhuǎn)化為光纖布拉格光柵(FBG)3應(yīng)變的全過程，下面將闡明光纖布拉格光柵(FBG)3測應(yīng)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(fā)生軸向應(yīng)變時，n和Λ同時發(fā)生變化，這樣光柵的中心波長就會隨光柵所受應(yīng)變發(fā)生漂移。

Δλ＝λ_B(1-p_e)ε???????????(2)

對于普通的石英光柵，p_e＝0.22，故：

Δλ＝0.78λ_Bε?????????????(3)

對于中心波長為1500nm的光柵來說，其應(yīng)變靈敏度約為1.2pm/με。其中，Δλ表示光纖布拉格光柵中心波長的漂移量，ε表示應(yīng)變，με為微應(yīng)變(1ε＝10⁶με)，pm為波長單位(1pm＝10^-12m)。

如上所述，被測壓力的變化最終轉(zhuǎn)化為光纖布拉格光柵(FBG)3中心波長的漂移，經(jīng)過適當(dāng)?shù)男盘柦庹{(diào)就可以從波長信號還原被測壓力信號。