一种光纤光栅气压传感器的制造方法
【专利摘要】本发明专利公开了一种光纤光栅气压传感器，包括不锈钢外筒、不锈钢上盖、不锈钢下盖、铍青铜膜片、不锈钢毛细管、温补光栅、应变光栅及光纤组成；不锈钢外筒中封装了铍青铜膜片用于气压测量，封装了不锈钢毛细管作为温度变化测量，共同组成气压传感器的核心传感部分；铍青铜膜片通过膜片支架、应变光栅和不锈钢支架与不锈钢上盖相连；当外界气压发生变化后，铍青铜膜片产生的挠度变化会导致应变光栅产生轴向作用力，从而影响应变光栅中心波长变化来测量外界气压的变化；本发明专利结构简单，设计小巧，使用方便，能够消除外界温度变化对测量误差的影响，在气压、水压等流体压力监测中具有很高的实用价值。
【专利说明】
一种光纤光栅气压传感器
技术领域
[0001]本发明专利涉及一种气压传感器，尤其涉及应用在土木工程测量气压、水压等流体压力变化的光纤光栅气压传感器。
技术背景
[0002]目前，基于光纤布拉格光栅(FBG)原理的传感器技术得到快速发展，光纤光栅具有防止电磁干扰、无电检测、抗雷击等优点，光纤光栅气压传感器在测量如管道气体压力、地下水位测量、岩土孔隙水位监测和其他工业流体压力测量中得到了应用。
[0003]由于野外工程环境复杂，遇到恶劣天气时，结构温度变化快，要求气压传感器必须具备良好的热传导性并能实时温度补偿，以消除温度变化对压强测量的影响；同时，不同工程应用场合要求压强测量精度高;该传感器结构设计新颖，利用光纤光栅原理根据铍青铜膜片的厚度和直径可实现不同量程高精度压强测量;不锈钢毛细管能够快速实现温度传导，保证了温度测量没有滞后性，极大消除了温度变化对压强测量的误差影响。
[0004]发明专利内容
本发明专利提供针对现有工程气压测量等流体压强测量中精度不够和温度补偿误差大的不足，提出了一种光纤光栅气压传感器。
[0005]本发明专利米用的技术方案如下:一种光纤光栅气压传感器，包括不锈钢外筒、不锈钢上盖、不锈钢下盖、铍青铜膜片、不锈钢毛细管、温补光栅、应变光栅及光纤组成;所述不锈钢外筒中封装了铍青铜膜片用于气压测量，封装了不锈钢毛细管作为温度变化测量，共同组成气压传感器的核心传感部分;铍青铜膜片通过膜片支架、应变光栅和不锈钢支架与不锈钢上盖相连;不锈钢下盖和不锈钢下盖通过螺纹安装固定在不锈钢外筒两端。
[0006]所述应变光栅的两端通过353ND胶分别粘合在不锈钢支架和膜片支架上，膜片支架点焊在铍青铜膜片上。
[0007]当外界气压发生变化后，铍青铜膜片产生的挠度变化会导致应变光栅产生轴向作用力，从而影响应变光栅中心波长变化来测量外界气压的变化。
[0008]所述温补光栅胶粘在不锈钢毛细管两端，来测量不锈钢外筒内温度场变化，从而消除温度变化对应变光栅的波长变化影响。
[0009]所述不锈钢上盖、不锈钢下盖、不锈钢外筒、不锈钢支架、膜片支架和不锈钢毛细管采用304不锈钢材料制作，以防止传感器在长期使用中锈蚀。
[0010]所述铍青铜膜片采用铍青铜材料制作，通过353ND胶和橡胶O型圈固定在不锈钢外筒的内壁，以起到密封作用。
[0011]在组装过程中，第一步组装传感部分，首先将膜片支架点焊在铍青铜膜片上;然后将应变光栅通过353ND胶粘固在膜片支架和不锈钢支架的下端并烘干，应变光栅居中。
[0012]第二步将温补光栅穿在不锈钢毛细管中间，保持预张拉Inm状态，两端用353ND胶粘固并烘干，之后，将不锈钢毛细管用353ND胶粘合在不锈钢支架上并烘干。
[0013]第三步将铍青铜膜片用353ND胶粘合在不锈钢外筒的内壁上并烘干，之后将橡胶O型圈嵌入到凹槽内；之后，在不锈钢外筒下端内侧装入透水石，并将不锈钢下盖通过螺纹旋固在不锈钢外筒下端。
[0014]第四步先将不锈钢上盖旋固在不锈钢外筒上端，然后将不锈钢支架卡牢在不锈钢上盖中心孔内，卡牢时需要调整不锈钢支架，使得应变光栅处在绷紧预张拉状态，应变光栅中心波长应预张拉1-2nm范围。
[0015]第五步将铠装尾纤套管旋固在不锈钢上盖上，保护好从不锈钢支架引出的光纤尾纤。
[0016]在组装好后，对光纤光栅气压传感器进行温度率定和压强率定;温度率定范围要求从-20°C到85°C，升温和降温各做两次，每隔5°C记录一次应变光栅波长和温补光栅波长数据，温度率定结束后，计算出该传感器的温度补偿系数;压强率定时，要求在恒温环境中进行，通过不锈钢下盖的中心孔与压力源连接，每隔二十分之一量程记录一次应变光栅波长数据，压强率定结束后，计算出该传感器的压强变化系数。
[0017]工程使用中，通过不锈钢下盖中心孔与被测流体管道连接，也可以将光纤光栅气压传感器直接投放到被测气体中。
[0018]本发明专利结构简单，组装、安装方便，有效提高了压强测量的精度和灵敏度，有效消除外界温度变化对测量误差的影响，在气压、水压等流体压力监测中具有很高的实用价值。
【附图说明】
[0019]图1为本发明专利的原理示意图；图中:1:光纤，2:铠装尾纤套管，3:不锈钢上盖，4:不锈钢外筒，5:不锈钢支架，6: 353ND胶，7:温补光栅，8:不锈钢毛细管，9: 353ND胶，10:应变光栅，11:膜片支架，12:铍青铜膜片，13:橡胶O型圈，14:透水石，15:不锈钢下盖。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明专利实施方式做详细描述。
[0021 ]如图1所示，一种光纤光栅气压传感器，包括不锈钢外筒(4)、不锈钢上盖(3)、不锈钢下盖(15)、铍青铜膜片(12)、不锈钢毛细管(8)、温补光栅(7)、应变光栅(10)及光纤组成；所述不锈钢外筒(4)中封装了铍青铜膜片(12)用于气压测量，封装了不锈钢毛细管(8)作为温度变化测量，共同组成气压传感器的核心传感部分;铍青铜膜片(12)通过膜片支架(11)、应变光栅(10)和不锈钢支架(5)与不锈钢上盖(3)相连;不锈钢下盖(15)和不锈钢下盖(15)通过螺纹安装固定在不锈钢外筒(4)两端。
[0022]所述应变光栅(10)的两端通过353ND胶(9)分别粘合在不锈钢支架(5)和膜片支架
(11)上，膜片支架(11)点焊在铍青铜膜片(12)上。
[0023]当外界气压发生变化后，铍青铜膜片(12)产生的挠度变化会导致应变光栅(10)产生轴向作用力，从而影响应变光栅(10)中心波长变化来测量外界气压的变化。
[0024]所述温补光栅(7)胶粘在不锈钢毛细管(8)两端，来测量不锈钢外筒(4)内温度场变化，从而消除温度变化对应变光栅(10)的波长变化影响。
[0025]所述不锈钢上盖(3)、不锈钢下盖(15)、不锈钢外筒(4)、不锈钢支架(5)、膜片支架(11)和不锈钢毛细管(8)采用304不锈钢材料制作，以防止传感器在长期使用中锈蚀。
[0026]所述铍青铜膜片(12)采用铍青铜材料制作，通过353ND胶和橡胶O型圈(13)固定在不锈钢外筒(4)的内壁，以起到密封作用。
[0027]在组装过程中，第一步组装传感部分，首先将膜片支架(11)点焊在铍青铜膜片
(12)上;然后将应变光栅(10)通过353ND胶(9)粘固在膜片支架(11)和不锈钢支架(5)的下端并烘干，应变光栅(10)居中。
[0028]第二步将温补光栅(7)穿在不锈钢毛细管(8)中间，保持预张拉Inm状态，两端用353ND胶(6)粘固并烘干，之后，将不锈钢毛细管(8)用353ND胶粘合在不锈钢支架(5)上并烘干。
[0029]第三步将铍青铜膜片(12)用353ND胶粘合在不锈钢外筒(4)的内壁上并烘干，之后将橡胶O型圈(13)嵌入到凹槽内；之后，在不锈钢外筒(4)下端内侧装入透水石(14)，并将不锈钢下盖(15)通过螺纹旋固在不锈钢外筒(4)下端。
[0030]第四步先将不锈钢上盖(3)旋固在不锈钢外筒(4)上端，然后将不锈钢支架(5)卡牢在不锈钢上盖(3)中心孔内，卡牢时需要调整不锈钢支架(5)，使得应变光栅(10)处在绷紧预张拉状态，应变光栅(10)中心波长应预张拉l-2nm范围。
[0031]第五步将铠装尾纤套管(2)旋固在不锈钢上盖(3)上，保护好从不锈钢支架(5)弓丨出的光纤(I)尾纤。
[0032]在组装好后，对光纤光栅气压传感器进行温度率定和压强率定;温度率定范围要求从-20°C到85°C，升温和降温各做两次，每隔5°C记录一次应变光栅(10)波长和温补光栅(7)波长数据，温度率定结束后，计算出该传感器的温度补偿系数;压强率定时，要求在恒温环境中进行，通过不锈钢下盖(15)的中心孔与压力源连接，每隔二十分之一量程记录一次应变光栅(10)波长数据，压强率定结束后，计算出该传感器的压强变化系数。
[0033]工程使用中，通过不锈钢下盖(15)中心孔与被测流体管道连接，也可以将光纤光栅气压传感器直接投放到被测气体中。
[0034]以上所述仅为本发明专利的较佳实施实例，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。
【主权项】
1.一种光纤光栅气压传感器，其特征在于:包括不锈钢外筒、不锈钢上盖、不锈钢下盖、铍青铜膜片、不锈钢毛细管、温补光栅、应变光栅及光纤组成;所述不锈钢外筒中封装了铍青铜膜片用于气压测量，封装了不锈钢毛细管作为温度变化测量，共同组成气压传感器的核心传感部分;铍青铜膜片通过膜片支架、应变光栅和不锈钢支架与不锈钢上盖相连;不锈钢下盖和不锈钢下盖通过螺纹安装固定在不锈钢外筒两端。2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅气压传感器，其特征在于:所述应变光栅的两端通过353ND胶分别粘合在不锈钢支架和膜片支架上，膜片支架点焊在铍青铜膜片上。3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅气压传感器，其特征在于:所述温补光栅胶粘在不锈钢毛细管两端，来测量不锈钢外筒内温度场变化，从而消除温度变化对应变光栅的波长变化影响。4.根据权利要求1所述的一种光纤光栅气压传感器，其特征在于:所述不锈钢上盖、不锈钢下盖、不锈钢外筒、不锈钢支架、膜片支架和不锈钢毛细管采用304不锈钢材料制作，以防止传感器在长期使用中锈蚀。5.根据权利要求1所述的一种光纤光栅气压传感器，其特征在于:所述铍青铜膜片采用铍青铜材料制作，通过353ND胶和橡胶O型圈固定在不锈钢外筒的内壁，以起到密封作用。
【文档编号】G01L11/02GK105823593SQ201610275143
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】李宁溪, 李景华, 姚松彬
【申请人】杭州聚华光电科技有限公司