[發(fā)明專利]一種溫度補償式光纖壓力傳感器及其受力計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011254763.0
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112213010A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設計）人: 孫學陽;禹強強;李玲華;程正;張慧萱;苗霖田;李成
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L11/02;G01L19/04;G06F17/11
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

1.一種溫度補償式光纖壓力傳感器，其特征在于，包括受壓臺、傳力柱和菱形壓力感測器；其中，

所述受壓臺與所述傳力柱的外側面相固連；

所述菱形壓力感測器位于所述傳力柱的內(nèi)側面，并與所述傳力柱相接觸；所述菱形壓力感測器包括：菱形梁和光纖光柵；

所述菱形梁包括圍合連接呈菱形結構的四個側梁，四個所述側梁的內(nèi)側和外側相對應位置分別粘接有所述光纖光柵。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種溫度補償式光纖壓力傳感器，其特征在于，所述傳力柱具有兩個，分別位于所述菱形壓力感測器相對的兩端。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種溫度補償式光纖壓力傳感器，其特征在于，所述受壓臺具有兩個，分別固連于兩個所述傳力柱的外側面。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種溫度補償式光纖壓力傳感器，其特征在于，所述受壓臺、所述傳力柱均設有供所述光纖光柵穿出的孔洞，所述光纖光柵的一端通過所述孔洞穿出并連接至光纜線。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種溫度補償式光纖壓力傳感器，其特征在于，還包括導線管，所述導線管用于容納穿出的所述光纖光柵，所述導線管由所述受壓臺的孔洞延伸至所述光纖光柵與所述光纜線的連接節(jié)點。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種溫度補償式光纖壓力傳感器，其特征在于，所述菱形結構的對角線尺寸為8cm×4cm；所述受壓臺位于長對角位置上。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種溫度補償式光纖壓力傳感器，其特征在于，還包括保護殼，所述保護殼包覆所述傳力柱和所述菱形壓力感測器。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種溫度補償式光纖壓力傳感器，其特征在于，所述側梁的材質為彈塑性鋼材。

9.一種根據(jù)權利要求1-8中任一項所述的溫度補償式光纖壓力傳感器受力計算方法：

傳感器受力表達式：

P₀＝k₀·ε₀ (1)

其中，P₀為受壓臺受到的壓力，ε₀為菱形梁受壓下的軸向應變，k₀為比例系數(shù)；

其中，Δλ為光纖光柵波長變化量，λ為光纖光柵初始波長，k₁為應變比例系數(shù)，k₂為溫度比例系數(shù)，ε為光纖光柵應變，ΔT為溫度變化；

從而，

頂部兩個側梁上光纖光柵產(chǎn)生的應變，分別為ε₁，ε₂，ε₃，ε₄，波長及波長變化量分別為λ₁，λ₂，λ₃，λ₄和Δλ₁，Δλ₂，Δλ₃，Δλ₄，其中：

ε₀＝(ε₁-ε₂-ε₃+ε₄)/4 (3)

則：

溫度項被約掉，令：

帶入式(1)簡化得：

P₀＝w₀·Δλ₀ (7)

其中，w₀為比例系數(shù)，通過室內(nèi)標定試驗得到；

所述溫度補償式光纖壓力傳感器受力計算公式為：

P＝w₀·Δλ₀/A₀ (8)

其中，P為傳感器所受壓力，A₀為傳感器傳力柱受力面的面積。