[發明專利]一種光纖FP式沖擊波壓力傳感器

有效

• 申請號: 201210421792.0
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102879149A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 余尚江;楊吉祥;陳晉央;賈超;黃劉宏;張玉生;郭士旭
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍總參謀部工程兵科研三所
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 郭中民

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，特別是涉及一種光纖FP式沖擊波壓力傳感器。

背景技術

爆炸沖擊波可以毀傷人員、裝備、設施以及民用建筑等各種目標，是對防護結構產生破壞效應的重要因素之一，爆炸產生的沖擊波壓力特征參數是評價炸藥威力和武器爆炸毀傷效應的一個主要手段，研究有效減小爆炸沖擊波毀傷的防護材料和結構、制定爆炸發生以后的安全對策以及應急與救援措施是國防、人防和城市建設以及當前防恐領域需要解決的問題。因此沖擊波壓力測試在工程領域特別是軍工領域有著廣泛的應用，沖擊波壓力準確測量對國防事業及國民經濟建設具有重要的意義。

爆炸沖擊波是含能材料爆炸時在爆炸中心周圍的介質中產生的壓力突躍，通常伴隨高溫、發光、真空和電離等現象。爆炸沖擊波上升時間極快、歷時短，要求測量沖擊波壓力的傳感器具有很寬的頻帶寬度(共振頻率要高)、極短的上升時間、堅固的機械強度和準確穩定的性能。同時，爆炸過程產生光電輻射及高頻電磁波等干擾信號，要求傳感器還具有良好的抗光干擾和電磁干擾能力。

常用的爆炸沖擊波測量傳感器主要有應變式、壓阻式、壓電式等，應變式壓力傳感器的固有頻率較低，只適于上升時間為毫秒級的壓力測試，在爆炸沖擊波測試中不宜使用；壓阻式壓力傳感器由于具有響應快、靈敏度高、穩定性好、結構小巧等特點，常常用來測量爆炸沖擊波的壓力參數。但壓阻式壓力傳感器是一種半導體器件，它也是光的敏感元件，爆炸伴隨的強光會影響傳感器元件，通常將此影響稱為傳感器的瞬態光效應。光效應會造成測量數據的正負向截幅、測量結果不真實，會導致測量數據失效。壓阻式傳感器對溫度很敏感，爆炸伴隨的高溫會使傳感器產生的很大的溫度輸出，同時壓阻式傳感器也會受到電磁干擾的影響。以石英晶體等壓電材料制成的壓電式壓力傳感器和電荷放大器組成的沖擊波測試系統，是目前沖擊波測量較好的系統，但壓電式傳感器對電磁干擾信號極為敏感，爆炸電磁脈沖會嚴重干擾沖擊波壓力信號的測量。

光纖傳感器是20世紀后半期的重大發明之一，是一種新興的光學技術，已成為光電子學的一個嶄新的領域。光纖傳感器具有體積小、精度高、耐腐蝕性強、電絕緣、抗電磁干擾及耐久性好等優良特性，特別適合于惡劣環境下物理量的測量，同時光纖傳感器集傳感和信息傳輸于一體，傳輸損耗小，適合于遠距離檢測。光纖傳感器的種類很多，F-P光纖傳感器和布拉格光柵（FBG）傳感器是目前研究的熱點，其中F-P光纖傳感器作為一種點式傳感器，主要用來測量混凝土等結構的局部應力。

發明內容

本發明的目的是提供一種光纖式沖擊波壓力傳感器，其制作方便快捷、成本低，同時能夠保證精度和提高可靠性。

本發明的目的可采用如下技術方案來實現：所述的光纖式沖擊波壓力傳感器，包括膜片、殼體以及光纖，膜片與殼體前端固定后形成傳感器的感壓面，殼體空腔內設置陶瓷插芯、尾柄、壓緊螺帽以及導向定位桿，光纖膠結固化于陶瓷插芯及尾柄中，陶瓷插芯后端固定在尾柄的前端，陶瓷插芯前端位于膜片的下部，兩者之間形成一空腔，光纖伸出陶瓷插芯，前端位于空腔內，使光纖和膜片的下表面形成法布里—泊羅腔（F-P腔）；尾柄后端位于導向定位桿內，并由壓緊螺帽和導向定位桿前端固定，導向定位桿和殼體固定，光纖由導向定位桿后端引出。

本發明所述的膜片與殼體之間通過激光焊接固定。

本發明所述的膜片與光纖相對的一面具有一凹腔。

本發明所述的光纖的后部設置光纖護套，光纖護套通過光纖護套固定螺帽固定在導向定位桿的后端。

本發明所述的殼體上設置有焊孔，導向定位桿在焊孔處和殼體通過焊接固定。

本發明的有益效果如下：

本發明由光纖上端面和感壓膜片的下表面形成F-P腔，光經過光纖直接進入F-P腔，無其它介質對光路產生影響；傳感器的膜片和殼體采用不銹鋼材料經精加工而成，并采用激光焊接固定，使制作出的傳感器結構堅固，耐強沖擊振動、不受電磁及光干擾、抗熱輻射能力強，與硅片式壓力傳感器相比，更適合于爆炸等惡劣環境下使用；本發明制作方便快捷、可有效降低成本，同時能夠保證精度和提高可靠性。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為F-P腔長觀測光路示意圖。

圖3為傳感器的反射光譜圖。

圖中：1、膜片，2、光纖，3、殼體，4、陶瓷插芯，5、壓緊螺帽，6、尾柄，7、導向定位桿，8、焊接點，9光纖包層、，10、光纖護套，11、光纖護套固定螺帽，12、壓力傳感器，13、耦合器，14、光譜分析儀，15、寬帶光源。

具體實施方式