[發明專利]一種魚型光纖光柵大量程壓力傳感器的制作及封裝方法

有效

• 申請號: 202010132409.4
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN113324693B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 王洪濤;黃愛武;王一爍
• 申請（專利權）人: 濰坊嘉騰液壓技術有限公司
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02;G01L19/04;G01L27/00
• 代理公司: 北京君慧知識產權代理事務所(普通合伙) 11716
• 代理人: 吳紹群

1.一種魚型光纖光柵大量程壓力傳感器的制作及封裝方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：制作魚型金屬片：將金屬片沖制成魚骨形狀，兩端設置連接孔，并且將金屬片沖壓成中部外凸的橄欖型；其中一個金屬片沿其縱向中軸線兩側對稱開設縱向溝槽，設定為陰面金屬片；取另一個金屬片沿縱向中軸線兩側對稱開設沿縱向外凸或內凹的筋槽，設定為陽面金屬片；陰面金屬片和陽面金屬片橫向外突的骨刺狀支撐部數量相同，并沿各自的縱軸對稱，且陰面金屬片和陽面金屬片間的支撐部也相互對稱設置；

S2：制作光纖光柵：在同一個傳感器的陰面金屬片和陽面金屬片的內外兩側沿縱軸線分別對稱粘貼光纖，保證四根光纖規格相同，對縱軸線中部的光纖表面刻制光柵，保證每個傳感器的兩金屬片內外側的光柵為相同特征的柵格；將四根光纖進行編號后，陰面金屬片的外側壁粘貼的為一號光纖，陰面金屬片的內側壁粘貼的為二號光纖；陽面金屬片的內側壁粘貼的為三號光纖，陽面金屬片的外側壁粘貼的為四號光纖；

S3：制作氣囊：使用吹制氣球的方法將惰性氣體充入氣囊中，每一批次的氣囊規格相同，保證兩金屬片壓縮至平面時不破裂；

S4：組裝傳感器主體：將氣囊放置在粘貼好光纖光柵的陰面金屬片的內凹位置，將兩個中部設有限位環的金屬棒分別放入陰面金屬片兩端的連接孔內，將陽面金屬片對應孔穿入兩個金屬棒的另一端，再將兩個金屬片的支撐部對應粘貼，使設置有光纖光柵的兩個金屬片形成一個內置氣囊的傳感器主體，兩端金屬棒的中間的限位環用于連接牽引繩；兩端金屬棒伸出金屬片的部分打結設置，打結部分用于固定兩金屬片的首尾兩端，打結形成的圓環部用于連接抗扭繩，所述抗扭繩用于連接平衡光纖的扭轉；

S5：組裝光纜：制作具有連接四根光纖的光纖連接器，中間連接抗拉用的牽引繩，兩側對稱設置抗扭繩的連接穿孔，四根光纖及牽引繩和光纖連接器相連，兩側的抗扭繩和光纖連接器相應部分進行連接；

S501：封裝傳感器主體和光纜：將上述傳感器主體和四根光纖、牽引繩、金屬棒進行封裝，保證內部氣囊不被破壞，四根光纖、牽引繩封裝形成光纜；

S6：平衡測量：用油液懸置法測量傳感器主體的漂浮平衡能力，用增減端部彈性體質量的辦法進行漂浮平衡；

S7：整體封裝：使用薄膜將傳感器主體、光纜進行封裝密封；將抗扭繩、光纜間掛制與油液兼容的薄膜，借助液流進行抗扭平衡。

2.根據權利要求1所述的一種魚型光纖光柵大量程壓力傳感器的制作及封裝方法，其特征在于，在步驟S5中組裝光纜時，牽引繩的連接長度不大于光纖連接器和連接孔之間光纖的長度，以防止光纖被液流沖擊而斷裂；在步驟S501中，光纜的長度大于其前端的傳感器主體或光纖連接器的縱向長度的十倍，以避免上游物體的后部紊流對下一個傳感器的壓力檢測產生影響。

3.根據權利要求2所述的一種魚型光纖光柵大量程壓力傳感器的制作及封裝方法，其特征在于，在步驟S4中組裝傳感器主體時進行填充，使用填充物將兩個金屬片及測溫金屬片與氣囊之間的間隙進行填充，保證傳感器主體內的氣囊、金屬棒的位置固定，形成一具有仿魚結構的傳感器整體。

4.根據權利要求3所述的一種魚型光纖光柵大量程壓力傳感器的制作及封裝方法，其特征在于，在步驟S7進行整體封裝后，從0MPa開始按每0.1MPa一標定的方法對傳感器進行壓力檢測的標定，首先對每一壓力數據進行采集，對應地采集一號光纖和二號光纖中各光柵中心波長漂移量的差值，存儲每一個魚型傳感器的該漂移量的差值作為對應壓力的標定關系，存儲于計算機系統內用于每一個魚型傳感器對壓力的測量，直到四號光纖或三號光纖中每一個魚型傳感器的光柵中心波長的光信號能夠在壓力負載條件下發生諧振波長分裂，通過采集特征光柵中光信號的x偏振光和y偏振光幅度譜中心波長的偏移量標定對應魚型傳感器外部的壓力，或者能夠采集四號光纖或者三號光纖中每一個魚型傳感器的光柵中心波長的光信號的斯托克斯參量s1，s2，s3標定對應魚型傳感器外部的壓力，將這些光源信號的狀態以及壓力與這些參數的對應關系存儲到計算機系統中，完成對魚型傳感器的壓力標定；

按每0.1MPa升壓的這一標定的方法進行標定過程中，當發生三號光纖或四號光纖中各光柵中心波長的光信號的斯托克斯參量s1，s2，s3都不再變化時，該壓力作為該傳感器的極限壓力Pext，將極限壓力Pext/1.2后，得到的數據作為該傳感器的最大壓力值Pmax。