[發明專利]一種管道壓力監測的光纖光柵壓力傳感器

在審

• 申請號: 201510415610.2
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN104949780A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 張天瑜;張義鑫;林君
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L11/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉馳宇

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種管道壓力監測的光纖光柵壓力傳感器。

背景技術

壓力管道表面應力應變狀態是壓力管道在風險狀態下受力的綜合表現，關系到壓力管道的力學安全。壓力管道表面應變檢測可以有效預防壓力管道爆管事故的發生，目前最常用的測試方法有人工千分尺檢測方法、壓力變送器法、電阻應變片檢測方法和波紋膜片測壓力法等。人工千分尺檢測方法的缺點在于無法實現實時在線檢測，并且工序復雜，測量效率低，測量誤差大，嚴重影響測量精度，而壓力變送器法、電阻應變片檢測法測量精度不高，且易受電磁干擾，不適用于易燃易爆的場合檢測。波紋膜片壓力表盡管具有一定的耐腐蝕性，但是如果工程安裝不當或監測過程受壓過高，會大大降低波紋膜片的使用壽命。光纖光柵傳感器檢測壓力管道表面應變是一種全光傳感、高精度、抗電磁干擾、本質安全以及效率更高的技術手段，同時便于實現在線多點分布式檢測。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服了現有管道壓力光纖光柵傳感器量程范圍適應性差、長期監測漂移等問題，提供了一種量程范圍可靈活調整、‘零漂移’的管道壓力監測的光纖光柵壓力傳感器。

為解決上述技術問題，本發明是采用如下技術方案實現的：

一種管道壓力監測的光纖光柵壓力傳感器，包括壓力傳導器件、位于壓力傳導器件后端的感知壓力口、壓力測試器件、密封殼體、固定結構和一根光纖(16)，光纖(16)上從左至右依次刻有一個壓力測試光柵(11)和一個溫度補償光柵(12)，其特征在于，一個壓力測試光柵通過玻璃焊料焊接在第一光柵固定鍵和第二光柵固定鍵之間，一個溫度補償光柵通過玻璃焊料焊接在第二光柵固定鍵和第三光柵固定鍵之間，第一光柵固定鍵的一端通過螺紋旋鈕固定在壓力傳導器件上，第一光柵固定鍵的另一端通過1號螺釘鼎絲固定在壓力測試器件上，壓力測試器件與第二光柵固定鍵通過2號螺釘鼎絲固定，壓力測試器件與第三光柵固定鍵通過3號螺釘鼎絲固定，壓力傳導器件前端有與壓力傳導器件一體加工成形的金屬材質的T型膜片，壓力傳導器件前端的T型膜片穿過壓力測試器件后端的空腔與固定在壓力測試器件上的壓力測試光柵相接觸，壓力傳導器件的前端與壓力測試器件的后端通過膠粘固定在一起，密封殼體后端的內螺紋與壓力傳導器件中段的外螺紋對接從而將壓力測試器件密封在密封殼體中，密封殼體前端的外螺紋與固定裝置后端的內螺紋對接，固定裝置前端的出纖處通過M3固定堵頭封閉并用防水膠密封。

與現有技術相比本發明的有益效果是：

1.光纖光柵制作管道壓力傳感器，雖然克服了傳統壓力傳感器無法在線監測、精度低、易受電磁干擾、易腐蝕等缺點。但是一般的光纖光柵壓力傳感器結構比較復雜，對于不同管道壓力量程的應用并不合適，往往要根據管道壓力范圍更換大批傳感器，增加了制作成本、延長了施工工期。本發明在保證測量精度的前提下，僅僅通過改變壓力傳導器件1的膜片厚度就能實現所有壓力量程下管道的壓力測量。壓力傳導器件1前端為M20×1.5外螺紋，尺寸為大部分測壓環境下的標準螺紋尺寸，方便于安裝，通過螺紋對接將壓力傳遞至直徑12mm的壓力膜片上，最終將壓力膜片的中心撓度變化轉變為壓縮光纖光柵，達到測試效果。利用壓力越大和中心撓度變化越大的關系，僅僅通過改變壓力膜片的厚度來保證壓力和中心撓度固定關系，從而保證壓縮光柵的一致性，從而保證產品在各個壓力量程下的通用性。

2.管道壓力測試，往往是將傳感器埋入地下，參數漂移是影響管道壓力長期監測的重要因素。由于普通光纖光柵傳感器常用有氧膠封裝，這一固定的方法由于膠體蠕變的原因，對這一拉伸受力狀態保持穩定性的影響非常大，只能采用校準和補償的方法消除，但是由于使用環境的差異導致蠕變的速度并不相同，所以校準和補償的難度大，精度低。本發明采用無氧膠焊接的方式固定光纖光柵，大幅度提高產品的長期穩定性。為了保證穩定的波長反射系數，制作過程中需要先對壓力測試光柵11(即‘0’狀態是壓力測試光柵11拉伸的狀態)，光柵始終處于拉伸受力的狀態。通過無氧膠焊接的方式(玻璃焊料焊接)代替有氧膠封裝的方式，通過長期實驗證明對蠕變有較大的改進。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步的說明：

圖1為本發明所述的一種管道壓力監測的光纖光柵壓力傳感器的結構示意圖。

圖2為本發明所述的一種管道壓力監測的光纖光柵壓力傳感器的連接關系示意圖。