[實(shí)用新型]一種光纖光柵三維壓力傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320048778.0
• 申請(qǐng)日: 2013-01-23
• 公開（公告）號(hào): CN203178008U
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慶根;王云鵬;羅宗勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州玨光物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司
• 主分類號(hào): G01L1/24
• 分類號(hào): G01L1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖光柵三維壓力傳感器。

背景技術(shù)

近年來，安全健康監(jiān)測(cè)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(yōu)點(diǎn)，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(jié)構(gòu)工程內(nèi)部，可以測(cè)量不同深度的壓力變化，為后續(xù)的工程治理、安全監(jiān)控及報(bào)警提供了重要依據(jù)。

中國實(shí)用新型專利公告號(hào)為CN202033140U提出一種三維應(yīng)力采集器，它有縱向開口的包庇金屬筒、多個(gè)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(nèi)的膨脹混凝土填芯、防水壓膜及信號(hào)傳輸線構(gòu)成，該專利雖然實(shí)現(xiàn)鉆孔內(nèi)不同深度巖土類介質(zhì)的應(yīng)力變化過程，但是采集器本身需要黏貼多個(gè)傳感器，并且傳感器粘貼于圓筒外部，對(duì)傳感器沒有效采取有效地的保護(hù)措施，植入鉆孔時(shí)不可避免地對(duì)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(fā)展，但是三維壓力傳感器的研究和應(yīng)用很少報(bào)道。本實(shí)用新型利用彈性膜片和殼體為一體性結(jié)構(gòu)對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝，利用油壓傳導(dǎo)將不同方向的橫向壓力轉(zhuǎn)化為光纖光柵的波長(zhǎng)漂移，既能實(shí)現(xiàn)鉆孔內(nèi)壓力測(cè)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(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中壓力傳感器測(cè)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。

本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案：

一種光纖光柵三維壓力傳感器包括感壓殼體、兩個(gè)儲(chǔ)油殼體、兩個(gè)油壓殼體、密封殼體、固定結(jié)構(gòu)、O型圈、保護(hù)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(gè)儲(chǔ)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(jié)構(gòu)；儲(chǔ)油殼體為中空腔體，其側(cè)壁開有注油孔，注油孔兩側(cè)有感受外界壓力的平面，通過儲(chǔ)油殼體內(nèi)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(jié)構(gòu)，其一端與儲(chǔ)油殼體螺紋連接，另一端與另一個(gè)儲(chǔ)油殼體的密封端螺紋連接；另一個(gè)儲(chǔ)油殼體的開口端與另一個(gè)油壓殼體一端螺紋連接，另一個(gè)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(jié)構(gòu)通過內(nèi)螺紋螺紋連接，密封殼體的另一端與保護(hù)裝置通過外螺紋連接，保護(hù)裝置的另一端與密封接口螺紋連接；感壓殼體的彈性膜、儲(chǔ)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(huán)氧膠或玻璃焊料密封小孔和固定光纖光柵串；因?yàn)樾枰瑫r(shí)測(cè)量三維方向上的壓力變化，所以兩個(gè)儲(chǔ)油殼體的感壓面互相垂直，光纖光柵串需要三個(gè)光柵，這三個(gè)光柵在上述構(gòu)件中的位置有兩種方案：第一，光柵在感壓殼體和兩個(gè)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(zhǎng)藍(lán)移，所以封裝時(shí)需要分別對(duì)光柵進(jìn)行預(yù)張拉；第二，光柵在感壓殼體和兩個(gè)儲(chǔ)油殼體中，當(dāng)軸向壓力增大時(shí)，感壓殼體的彈性膜偏向光柵，光柵收縮，光柵波長(zhǎng)藍(lán)移，所以封裝時(shí)需要對(duì)這個(gè)光柵進(jìn)行預(yù)張拉；當(dāng)徑向外界壓力增大時(shí)，油壓殼體的彈性膜中心撓度變化，彈性膜偏離光柵，使儲(chǔ)油殼體中的光柵拉伸，光柵波長(zhǎng)紅移，所以在封裝時(shí)不需要對(duì)光柵預(yù)張拉。由理論推導(dǎo)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(diào)節(jié)傳感器的壓力測(cè)量范圍。上述螺紋連接處皆加O型圈密封；感壓殼體、儲(chǔ)油殼體、油壓殼體、密封殼體、固定結(jié)構(gòu)、O型圈、保護(hù)裝置、密封接口和光纖光柵串光纖光柵三維壓力傳感器。本實(shí)用新型所具有的有益效果為：

1、光纖光柵完全密封于傳感器內(nèi)，不與外界接觸，有利于延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。

2、感壓殼體中的彈性膜、兩個(gè)儲(chǔ)油殼體的受壓面兩兩互相垂直，該傳感器可以同時(shí)測(cè)量三個(gè)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(cè)量。

4、光柵的固定采用環(huán)氧膠水和玻璃焊料，焊接牢固，可使傳感器適應(yīng)惡劣環(huán)境。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的另一種裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖4為本實(shí)用新型儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)的主視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述，但它們并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定，僅作舉例，使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)變得更加清楚和容易理解。