[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202010132409.4
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN113324693B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王洪濤;黃愛武;王一爍
• 申請（專利權(quán)）人: 濰坊嘉騰液壓技術(shù)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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11716
• 代理人: 吳紹群

本發(fā)明涉及一種魚型光纖光柵大量程壓力傳感器的制作及封裝方法，包括以下步驟：S1：制作魚型金屬片，S2：制作光纖光柵，S3：制作氣囊，S4：組裝傳感器主體，S5：組裝光纖S6：平衡測量，S7：整體封裝。本發(fā)明根據(jù)魚體亞對稱結(jié)構(gòu)的仿生學原理，在魚體左右兩側(cè)設(shè)計有剛度不同的魚骨形的金屬片，內(nèi)部有類似魚泡的氣囊，氣囊和金屬片之間設(shè)有彈性填充物，并且在金屬片的縱向中軸線(“魚際線”)內(nèi)外兩側(cè)設(shè)置光纖光柵，其中剛度小的金屬片上的光纖光柵對，利用金屬膜片正反變形原理消除溫度對光柵的影響，實現(xiàn)溫度自補償?shù)膲毫z測；設(shè)有凹或凸筋槽的另一金屬片上的光纖光柵在外在壓力下發(fā)生徑向橢圓變形，利用雙折射的諧振波長分裂接力檢測中高壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域和液壓檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種魚型光纖光柵大量程壓力傳感器的制作及封裝方法。

背景技術(shù)

液體壓力是流體壓力管道結(jié)構(gòu)的重要荷載，由伯努利方程可知，管路內(nèi)的液體壓力也是一種能量形式，在液壓傳動系統(tǒng)中，介質(zhì)的流速(動能)較低，產(chǎn)生的勢能相對較低，可以不考慮，僅依靠工作介質(zhì)的壓力能傳遞動力，就是所謂的靜液壓傳動。在靜液壓傳動中，由于泵或閥的開啟關(guān)閉，或者負載的動態(tài)變化，都會引起管路內(nèi)流體壓力的變化，特別是對螺旋管路內(nèi)壓力的分布和動態(tài)特性的研究目前尚屬于技術(shù)空白。

傳統(tǒng)的液體壓力傳感裝置，主要是機械式壓力表或者電阻式壓力傳感器，這些檢測方法的優(yōu)點是測量理論和技術(shù)相對成熟，設(shè)備成本較低，但是目前，對液壓管路內(nèi)壓力或溫度進行檢測時，通常采用在管路徑向開檢測工藝孔，以及在管路徑向側(cè)壁安裝壓力或溫度傳感器探頭的方法。但這種方法存在一定的問題：第一，破壞管路側(cè)壁結(jié)構(gòu)；第二，徑向傳感器探頭破壞了內(nèi)壁液流的層流形態(tài)，增加了液流內(nèi)部擾動；第三，螺旋管路內(nèi)外側(cè)流速不同，壓力狀態(tài)不同，采用固定的壓力傳感器探頭的方法難以準確測量管路內(nèi)的壓力分布和變化規(guī)律。而對于管路內(nèi)液體壓力測量多數(shù)是利用光纖光柵原理進行，但采用光纖光柵壓力傳感器進行壓力測量時，存在承載小，測量壓力范圍較小的問題。為此，目前通常采用懸臂梁放大原理對壓力傳感器進行封裝，以解決傳感器承載小的問題。但這同時又會產(chǎn)生傳感器體積增大的問題；并且對傳感器進行封裝并不能解決其測量壓力范圍較小的問題，即傳感器的量程仍然滿足不了實際需求。現(xiàn)有利用光纖光柵對壓力的測量方法主要有兩種：一是利用光纖光柵波長能夠與待測的物理量建立一定的線性關(guān)系，通過標定線性范圍內(nèi)的線性系數(shù)，由待測物理量發(fā)生變化而引起了波長的漂移值換算出相應(yīng)的壓力值。例如當光纖光棚受到外場(應(yīng)力場、溫度場等)作用時，其柵格周期或有效折射率會發(fā)生變化從而引起光柵反射(或透射)波長的漂移，現(xiàn)在我們常用的光柵傳感中絕大部分的光纖光柵傳感器都屬于這一類。二是光纖光柵偏振特性能夠與隨待測物理量建立線性關(guān)系，偏振特性隨著待測物理量的變化而變化的，是光纖布拉格光柵在壓力負載條件下的諧振波長分裂，通過對x偏振光和y偏振光幅度譜中心波長的偏移量或者通過采集透射偏振光光信號的斯托克斯參量s1、s2和s3以檢測外在壓力，但是這種方法在遇到壓力較小狀況時，總幅度譜很難察覺到兩種本征模中心波長的差別；或者因斯托克斯參量s1、s2和s3需要利用特定波段的偏振光等原因，檢測較為困難。

綜上所述，因為光纖光柵傳感器自身的靈敏性高，不管是用光柵中心波長漂移量還是用光纖橢圓變形造成的雙折射檢測方法，都存在一個僅能檢測低壓范圍，一個僅能檢測相對的高壓范圍，從而使得測量壓力的量程受到較大的局限，導致目前光纖光柵傳感器可檢測的壓力范圍有限。

因此，亟需一種能夠?qū)崿F(xiàn)液壓管內(nèi)較高精度的光纖光柵大量程壓力傳感器的管路無損檢測系統(tǒng)，用于管路內(nèi)油壓高精度的壓力數(shù)據(jù)的采集，而這種技術(shù)主要依賴于傳感器的封裝和標定檢測辦法的創(chuàng)新，以推動液壓管路的深入研究和優(yōu)化。本發(fā)明綜合利用了光纖光柵縱向和徑向隨壓力變化而測量范圍不同的兩個突出特點的互補性，主要創(chuàng)新一種仿生魚型光纖光柵大量程壓力傳感器的制作方法。

發(fā)明內(nèi)容