[發明專利]基于法布里?珀羅干涉與壓桿失穩原理的壓強傳感器

在審

• 申請號: 201711054478.2
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107917775A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 陳藝征;劉鳳學;于建軍;宋君輝;李繼成;房國忠;別秀玲;秦輝;顏景楓
• 申請（專利權）人: 集安市盛程水利水電建設公司
• 主分類號: G01L7/08
• 分類號: G01L7/08
• 代理公司: 蘇州中合知識產權代理事務所(普通合伙)32266
• 代理人: 伍兵

技術領域

本發明涉及一種壓強傳感器，尤其涉及一種基于法布里-珀羅(F-P)干涉與壓桿失穩原理的壓強傳感器。

背景技術

現有的基于非本征法布里-珀羅干涉儀(EFPI)原理的傳感器都是基于最簡單的結構形式和機理對壓強、應變或者溫度等參數進行測量。以壓強傳感器為例，現有的傳感器都是用一個膜片作為一個受壓變形體，用一根光纖的端面垂直對準膜片的中心點，通過不同壓強下膜片的撓度大小來確定壓強的大小。此傳感器的缺點是膜片大多是脆性材料，使得膜片中心點的撓度變化往往很小，導致傳感器的測量精度降低，且溫度對腔長的影響也相對較大，限制了測量裝置的使用范圍。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種基于法布里-珀羅(F-P)干涉與壓桿失穩原理的壓強傳感器，其測量精度高，使用范圍廣。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：一種基于法布里-珀羅干涉與壓桿失穩原理的壓強傳感器，包括外殼，所述外殼內設置有頂蓋、鋼筒、彈性薄片和受壓膜片；所述頂蓋和受壓膜片通過鋼筒密封連接，并在鋼筒內形成密封的容納腔；所述頂蓋和受壓膜片的中心位置分別設置有一個夾具；所述彈性薄片設置在兩個夾具之間；所述鋼筒的側壁上設置有鋼殼，鋼殼的內部設置有保護套，保護套的內部設置有光纖。

作為優選，所述夾具和彈性薄片均設置在容納腔內。

作為優選，所述夾具與彈性薄片為鉸接或剛性連接。

作為優選，所述保護套和光纖穿過鋼筒，使保護套和光纖的一部分設置在容納腔內。

作為優選，所述保護套和光纖的軸線垂直于彈性薄片。

作為優選，所述光纖設置在容納腔內的一端為光纖端面，且光纖端面的軸線垂直于彈性薄片的中心點。

作為優選，所述光纖端面為第一反光面，彈性薄片對著光纖端面的一面為第二反光面，且第一反光面、第二反光面和兩個反光面之間的腔體構成非本征型法布里-珀羅干涉儀(EFPI)傳感器。所述彈性薄片的反光面和容納腔內的光纖端面都具有高反射率，并在非本征型法布里珀羅干涉儀(EFPI)傳感器中都起到反光鏡的作用。

作為優選，所述光纖上靠近光纖端面的地方串聯有光纖布拉格光柵(FBG)溫度傳感器，且光纖布拉格光柵(FBG)溫度傳感器設置在容納腔內。本發明的壓強傳感器的工作溫度可以在0—80℃之間，并可以通過串聯光纖布拉格光柵(FBG)溫度傳感器進行溫度補償來實現對溫度的影響。

作為優選，所述彈性薄片、夾具、頂蓋和受壓膜片構成壓桿失穩系統。

首先對受壓膜片施加待檢測的壓強，使得受壓膜片中心點的撓度發生變化，從而使得上下兩個夾具之間的間距發生變化，并將推動彈性薄片在軸向上發生壓縮或拉伸；彈性薄片在軸向的擠壓力作用下已處于失穩狀態，壓縮變形使得彈性薄片中心點的撓度發生變化，進而使得非本征型法布里珀羅干涉儀(EFPI)傳感器的干涉腔長發生變化；最后通過測量干涉腔長的變化程度即可反映外部壓強的大小。

通過壓桿失穩原理，可以使很小的軸向位移放大成很大的法向位移，通常情況下，此放大倍數約在6倍以上，即可使腔長變化量達到受壓膜片中心點撓度的6倍以上，提高了本壓強傳感器的測量精度和靈敏度，并可以縮小膜片的尺寸。

本發明的有益效果：本發明的基于法布里-珀羅干涉與壓桿失穩原理的壓強傳感器通過對彈性薄片中心點撓度的測量，達到放大壓強對受壓膜片中心點撓度的影響，提高了測量的精度和靈敏度；本壓強傳感器還可在高精度測量的前提下測出環境溫度為0—80℃下的外部壓強大小，擴大了使用范圍。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明彈性薄片背離光纖端面的示意圖；

圖3為本發明夾具與彈性薄片為鉸接時彈性薄片背離光纖端面的示意圖；

圖4為軸向壓桿位移x與中點法向最大撓度y_max的關系示意圖；

圖5為軸向壓桿位移x與中點法向最大撓度y_max對x的導數的關系示意圖；

其中：1.頂蓋，2.鋼筒，3.夾具，4.彈性薄片，5.受壓膜片，6.鋼殼，7.保護套，8.光纖，81.光纖端面，9.容納腔。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。