[發明專利]螺旋管路內壓力響應及壓力分布的檢測系統

在審

• 申請號: 202010549144.8
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN113804351A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 黃愛武;王洪濤
• 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
• 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: 董延麗

本申請公開了一種螺旋管路內壓力響應及壓力分布的檢測系統，用以實現對壓力以及壓力響應毫秒級精度的檢測。系統包括：光源模塊，包括寬頻光源和偏振光源；光源控制模塊，用于控制光源模塊周期發射寬頻光信號，或發射具有預設入射角的偏振光信號；光纖光柵傳感檢測模塊，包括光纖與光纖光柵壓力傳感器組；數據采集模塊，用于采集各光柵壓力傳感器中一側光纖光柵組反射的寬頻光信號的中心波長變動量，或者采集另一側光纖光柵組透射的偏振光信號在各光柵壓力傳感器各自的特征光柵阻帶波長范圍內的斯托克斯參量；計算機系統，用于控制光源模塊中的偏振光源周期發射不同特征頻率的偏振光信號，或者通過光源控制模塊控制寬頻光源發射周期寬頻光信號。

技術領域

本申請涉及液壓技術領域，尤其涉及螺旋管路內壓力響應及壓力分布的檢測系統。

背景技術

隨著液壓系統的推廣應用，液壓管路的作用已經從僅僅為了可靠的傳遞動能，而逐漸向輔助液壓系統散熱、輔助吸收液壓脈動、輔助儲能等多功能、多用途的方向拓展。

液壓管路在設計時，可設置為螺旋管結構，螺旋管對液動沖擊脈動沿管路傳播的抗擊能力也優于直管，并具有一定的儲能作用和及時釋放的特性，能夠起到削峰填谷作用。

目前，對螺旋管式的液壓管路內壓力進行檢測時，通常采用在管路徑向開壓力檢測工藝孔，以及在管路徑向側壁安裝壓力傳感器探頭的方法。

但這種方法存在一定的問題：第一，破壞管路側壁結構；第二，徑向傳感器探頭破壞了內壁液流的層流形態，增加了液流內部擾動；第三，螺旋管路內外側流速不同，壓力狀態不同，采用固定的壓力傳感器探頭的方法難以準確測量管路內的壓力分布和變化規律。

并且，管路內液體壓力測量多數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光柵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。

現有技術中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近似線性關系，通過標定線性范圍內的線性系數，由待測物理量發生變化而引起了波長的漂移值換算出相應的壓力值。例如當光纖光棚受到外場(應力場、溫度場等)作用時，其柵格周期或有效折射率會發生變化從而引起光柵反射(或透射)波長的漂移，現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系，偏振特性隨著待測物理量的變化而變化的，使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，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下限或上限都不能滿足工程液壓機械的實際需求。

隨著光譜儀性能的提升，例如，近十幾年出現的采用光子探測器(CCD)和計算機控制的新型光譜分析儀器，它集信息采集，處理，存儲諸功能于一體。并避免和省去了暗室處理以及之后的一系列繁瑣處理，測量工作，使傳統的光譜技術發生了根本的改變，大大提高了工作效率：使得測量準確迅速，方便，且靈敏度高，響應時間快，光譜分辨率高，被廣泛使用于幾乎所有的光譜測量，分析及研究工作中，特別適應于對微弱信號，瞬變信號的檢測。