[實用新型]一種基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器

有效

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• 申請日: 2016-09-09
• 公開（公告）號: CN206146584U
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設計）人: 邵利軍;緱龍;賈磊;白磊;周曉旭;張佳鵬;曹桂芳;劉志英;楊瑩;郭曉澎
• 申請（專利權）人: 山西省交通科學研究院;山西省交通建設工程質(zhì)量檢測中心（有限公司）
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權代理有限公司11275
• 代理人: 張水俤

技術領域

本實用新型屬于傳感器技術領域，具體來說，涉及到一種基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器。

背景技術

傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。傳統(tǒng)的傳感器多采用電量輸出式傳感器進行測量，存在測量精度不高、易受外界干擾而失效(水、電磁輻射)等問題。

光纖光柵是20世紀90年代以來國際上新興的一種有著廣泛應用前景的、性能優(yōu)良的反射濾波無源敏感元件，通過Bragg光柵反射波長的偏移來感應外界微小應變變化而實現(xiàn)對結構在線測量。其基本原理為：光纖光柵傳感器是利用特殊技術在光纖中寫入特殊結構形成的波長調(diào)制傳感器。由耦合模理論可知，光纖光柵(FBG)的中心反射波長可表示為：

λ_B＝2n_effΛ式(1)

式(1)中，n_eff為導模的有效折射率，Λ為光纖光柵的周期，n_eff和Λ受到溫度和應變的影響。因此可以通過解調(diào)光纖光柵反射波長λ_B的偏移，對外界物理量的改變進行推算。

光纖光柵傳感器具有測試精度高，抗電磁干擾能力強，測量頻帶，易于布設、準分布式測量(陣列式布置)等多種優(yōu)點，鑒于此，光纖光柵傳感技術已廣泛用于軍事、國防、航天航空、工礦企業(yè)、能源、環(huán)保、工業(yè)控制、醫(yī)藥衛(wèi)生、建筑交通等領。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術問題，本實用新型提出了一種測量精度高、量程可調(diào)的基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器。

本實用新型所述的一種基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器，所述傳感器包括活塞外壁101、可承壓活塞102、充氣調(diào)節(jié)裝置103、彈性繩索104、光纖光柵傳感器105、傳輸光纖106、氣體連通管107和彈性氣囊108；活塞外壁101與活塞102構成密閉氣缸；彈性氣囊108構成密閉氣體腔；密閉氣缸和密閉氣體腔利用氣體連通管107連接在一起；彈性繩索104呈豎直崩緊狀，一端連接在可承壓活塞102底部，另一端固定在密閉氣缸內(nèi)底部，其上還固定有光纖光柵傳感器105；充氣調(diào)節(jié)裝置103連接在密閉氣缸左側壁上；傳輸光纖106一端連接光纖光柵傳感器105，另一端穿出密閉氣缸后連接到光纖光柵解調(diào)儀上。

本實用新型所述的一種基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器，所述可承壓活塞102為金屬外殼內(nèi)設隔熱夾層的結構。

本實用新型所述的一種基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器，所述充氣調(diào)節(jié)裝置103由壓力計和充氣裝置構成,能對密閉氣缸內(nèi)和彈性氣囊內(nèi)進行充氣，實現(xiàn)整個傳感器的量程可調(diào)，同時實現(xiàn)該壓力傳感器傳感器的調(diào)零。

本實用新型所述的一種基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器，所述密閉氣缸和密閉氣體腔內(nèi)的氣體相同。

本實用新型所述的一種基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器，所述密閉氣缸的上部端口設有卡子，限制可承壓活塞102的滑動的最上端。

工作原理：彈性氣囊108將浸入處的液體壓力轉化成彈性氣囊內(nèi)108的氣體壓力，通過連通管107轉化為活塞密閉氣體腔的氣體壓力。活塞102隨著腔內(nèi)氣體壓力的變化而移動，同時彈性繩索104隨著活塞102的運動而產(chǎn)生伸縮，最后引起固定在彈性繩索104上光纖光柵傳感器105的反射光波長發(fā)生變化。通過充氣調(diào)節(jié)裝置103可以向活塞密閉氣體腔和彈性氣囊中充氣，并進行調(diào)零；同時可以通過增大密閉氣體腔內(nèi)的氣體壓強，進而改變了該傳感器的量程，測量更大的測量壓力。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所述的基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器具有如下特點：利用氣體壓強來感應測量液體壓力的改變，測量精度較高；充氣調(diào)節(jié)裝置的引入可以實現(xiàn)腔內(nèi)氣體壓力可調(diào)，進而實現(xiàn)該傳感器的量程可調(diào)。

附圖說明

圖1是本實用新型所述的傳感器示意圖；活塞外壁-101、可承壓活塞-102、充氣調(diào)節(jié)裝置-103、彈性繩索-104、光纖光柵傳感器-105、傳輸光纖-106、氣體連通管-107、彈性氣囊-108。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本實用新型所述的傳感器做進一步說明，但是本實用新型的保護范圍并不限于此。

實施例1

一種基于氣體連通器結構的光纖光柵液體壓力傳感器包括活塞外壁、可承壓活塞、充氣調(diào)節(jié)裝置、彈性繩索、光纖光柵傳感器、傳輸光纖、氣體聯(lián)通管、彈性氣囊。彈性氣囊浸入液體測量液體壓力，隨液體壓力的大小而產(chǎn)生漲縮。活塞外壁與活塞構成密閉氣缸，用連通管與彈性氣囊相連，活塞隨彈性氣囊漲縮而運動。彈性繩索固定在活塞內(nèi)部，隨著活塞的運動可以伸縮。光纖光柵固定在密閉氣缸內(nèi)的彈性繩索上，隨著氣囊的自由形變而反射光的波長發(fā)生變化。活塞外壁采用金屬外殼加隔熱內(nèi)層的結構，活塞接觸部位盡可能光滑，充氣調(diào)節(jié)裝置的接入口、連通裝置的接入口密閉，防止整個結構失壓。活塞外壁的上部端口有卡子，限制活塞的滑動的最上端。活塞采用金屬外殼加隔熱夾層的結構，活塞與外壁應光滑接觸，盡可能自由滑動。充氣調(diào)節(jié)裝置由壓力計和充氣裝置構成，可以對密閉氣缸內(nèi)和彈性氣囊內(nèi)進行充氣，實現(xiàn)整個傳感器的量程可調(diào)，同時實現(xiàn)該傳感器的調(diào)零。彈性繩索一端固定在活塞上，另一端固定在密閉氣缸的底部，可以隨著活塞的運動，自由伸縮。光纖光柵傳感器安置在彈性繩索上，隨著彈性繩索的伸縮而產(chǎn)生自由形變，實現(xiàn)光纖光柵反射波長的偏移。氣體連通管連接活塞氣體腔和彈性氣囊，使活塞隨彈性氣囊的形變而運動。彈性氣囊充滿于密閉氣缸內(nèi)同樣的氣體，氣囊可調(diào)根據(jù)所浸入的液體的壓力而漲縮。傳輸光纖連接光纖光柵傳感器和光纖光柵解調(diào)儀，實現(xiàn)光信號的傳輸。