[發明專利]一種光纖光柵三維壓力傳感器

無效

• 申請號: 201310033788.1
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103105251A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 陳慶根;王云鵬;羅宗勝
• 申請（專利權）人: 杭州玨光物聯網科技有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，涉及一種光纖光柵三維壓力傳感器。

背景技術

近年來，安全健康監測越來越受到重視。光纖光柵傳感器因具有體積小、靈敏度高、電絕緣性能好和抗電磁干擾等優點，逐漸取代電子類傳感器。壓力傳感器通過鉆孔植入煤礦、堤壩、橋梁等結構工程內部，可以測量不同深度的壓力變化，為后續的工程治理、安全監控及報警提供了重要依據。

中國實用新型專利公告號為CN202033140U提出一種三維應力采集器，它有縱向開口的包庇金屬筒、多個黏貼于薄壁金屬筒外壁的壓力傳感器、填充于薄壁金屬筒內的膨脹混凝土填芯、防水壓膜及信號傳輸線構成，該專利雖然實現鉆孔內不同深度巖土類介質的應力變化過程，但是采集器本身需要黏貼多個傳感器，并且傳感器粘貼于圓筒外部，對傳感器沒有效采取有效地的保護措施，植入鉆孔時不可避免地對傳感器造成損。近年來，光纖光柵壓力傳感器得到了良好的發展，但是三維壓力傳感器的研究和應用很少報道。本發明利用彈性膜片和殼體為一體性結構對光纖光柵進行封裝，利用油壓傳導將不同方向的橫向壓力轉化為光纖光柵的波長漂移，既能實現鉆孔內壓力測量，又能分辨出壓力方向，并且體積較小，適用于狹小的空間的壓力測量。

發明內容

本發明目的就是為了克服現有技術中壓力傳感器測量維度少、體積大的問題，提供了一種小體積的光纖光柵三維壓力傳感器。

本發明為解決技術問題所采取的技術方案：

一種光纖光柵三維壓力傳感器包括感壓殼體、兩個儲油殼體、兩個油壓殼體、密封殼體、固定結構、O型圈、保護裝置、密封接口和光纖光柵串。

感壓殼體為中空腔體，一端開口，開口端與一個儲油殼體的密封端螺紋連接，另一端以感受軸向壓力的彈性膜密封，彈性膜和感壓殼體為一體性結構；儲油殼體為中空腔體，其側壁開有注油孔，注油孔兩側有感受外界壓力的平面，通過儲油殼體內的液壓油將壓力傳遞給油壓殼體的彈性膜，引起彈性膜中心撓度變化；油壓殼體和彈性膜為一體性結構，其一端與儲油殼體螺紋連接，另一端與另一個儲油殼體的密封端螺紋連接；另一個儲油殼體的開口端與另一個油壓殼體一端螺紋連接，另一個油壓殼體的另一端與密封殼體螺紋連接，密封殼體的另一端與光纖固定結構通過內螺紋螺紋連接，密封殼體的另一端與保護裝置通過外螺紋連接，保護裝置的另一端與密封接口螺紋連接；感壓殼體的彈性膜、儲油殼體的密封端和油壓殼體的彈性膜中心有穿過光纖光柵的小孔，穿過光纖光柵后用環氧膠或玻璃焊料密封小孔和固定光纖光柵串；因為需要同時測量三維方向上的壓力變化，所以兩個儲油殼體的感壓面互相垂直，光纖光柵串需要三個光柵，這三個光柵在上述構件中的位置有兩種方案：第一，光柵在感壓殼體和兩個油壓殼體中，由于外界壓力使彈性膜偏向光柵，光柵收縮，光柵波長藍移，所以封裝時需要分別對光柵進行預張拉；第二，光柵在感壓殼體和兩個儲油殼體中，當軸向壓力增大時，感壓殼體的彈性膜偏向光柵，光柵收縮，光柵波長藍移，所以封裝時需要對這個光柵進行預張拉；當徑向外界壓力增大時，油壓殼體的彈性膜中心撓度變化，彈性膜偏離光柵，使儲油殼體中的光柵拉伸，光柵波長紅移，所以在封裝時不需要對光柵預張拉。由理論推導可知，彈性膜中心最大撓度分別與壓力、彈性膜半徑的四次方成正比，與彈性膜厚度的三次方成反比，所以在彈性膜中心撓度一定的情況下，可以通過改變彈性膜的厚度和半徑來調節傳感器的壓力測量范圍。上述螺紋連接處皆加O型圈密封；感壓殼體、儲油殼體、油壓殼體、密封殼體、固定結構、O型圈、保護裝置、密封接口和光纖光柵串光纖光柵三維壓力傳感器。本發明所具有的有益效果為：

1、光纖光柵完全密封于傳感器內，不與外界接觸，有利于延長傳感器的使用壽命。

2、感壓殼體中的彈性膜、兩個儲油殼體的受壓面兩兩互相垂直，該傳感器可以同時測量三個方向的壓力變化。

3、該傳感器體積較小，適用于狹小空間的測量。

4、光柵的固定采用環氧膠水和玻璃焊料，焊接牢固，可使傳感器適應惡劣環境。

附圖說明

圖1為本發明裝置結構示意圖。

圖2為本發明的另一種裝置結構示意圖。

圖3為本發明儲油結構的俯視圖。

圖4為本發明儲油結構的主視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步描述，但它們并不構成對本發明的限定，僅作舉例，使本發明的優點變得更加清楚和容易理解。