一种压力检测方法、装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种压力检测方法、装置，所述压力检测方法包括：获取设置于待检测场所中的KBBF晶体反馈的探测信号，所述KBBF晶体的泊松比为1.3±0.2，所述KBBF晶体产生沿c轴方向的应变，根据获取的所述KBBF晶体的反馈探测信号计算待检测场所的压力，所述KBBF晶体的受力方向沿所述KBBF晶体的a轴或b轴。所述压力检测装置包括：KBBF晶体，所述KBBF晶体用于产生沿c轴方向的应变；所述KBBF晶体的泊松比为1.3±0.2，所述KBBF晶体的受力方向沿所述KBBF晶体的a轴或b轴。本发明实现了减小压力检测装置体积的技术效果。
【专利说明】
一种压力检测方法、装置
技术领域
[0001] 本发明涉及应变传感技术领域，尤其涉及一种压力检测方法、装置。
【背景技术】
[0002] 压力测量具有十分重要的意义，尤其是对不稳定的气压测试，比如涡轮发动机内 的压力测量。其中，最常见的一种方法就是利用光纤珐珀传感器进行压力测量。光纤法珀 传感器的基本原理是多光束干涉，自1897年法国科学家C.法布里和A.珀罗发明多光束干 涉仪以来，渐渐发展成如今众多种类的法珀传感器。常见的光纤法珀传感器的基本结构如 图1所示，将两根光纤A，B的端面作为反射膜，使两光纤端面严格平行、同轴，与中空光纤形 成一个腔长为L的密封珐珀腔。当光纤珐珀传感器受到外界压力时，珐珀腔长发生变化，其 变化量与所受压力成正比，而腔长的变化影响到光纤内入射光与反射光的光程差，通过对 光信号的解析最终实现对压力的测量。但现有技术中的光纤法珀传感器由于受压方向平行 于珐珀腔腔长方向，导致传感器结构复杂，体积较大，难以适用于狭小空间等极端场所的压 力检测。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供一种压力检测方法、装置，以实现减小压力检测装置的体 积，进行狭小空间等极端场所的压力检测。
[0004] 第一方面，本发明提供了一种压力检测方法，包括：
[0005] 获取设置于待检测场所中的KBBF晶体反馈的探测信号，所述KBBF晶体的泊松比 为I. 3±0. 2,所述KBBF晶体产生沿c轴方向的应变；
[0006] 根据获取的所述KBBF晶体的反馈探测信号计算待检测场所的压力。
[0007] 进一步地，所述KBBF晶体的受力方向沿所述KBBF晶体的a轴或b轴。
[0008] 第二方面，本发明提供了一种压力检测装置，包括：
[0009] KBBF晶体，所述KBBF晶体用于产生沿c轴方向的应变；所述KBBF晶体的泊松比 为 L 3±0· 2。
[0010] 进一步地，所述KBBF晶体的受力方向沿所述KBBF晶体的a轴或b轴。
[0011] 进一步地，所述压力检测装置还包括：
[0012] 第一传输部以及第二传输部；
[0013] 所述第一传输部的第一端和KBBF晶体的第一端对接连接，所述第二传输部的第 一端和KBBF晶体的第二端对接连接，所述第一传输部和所述第二传输部用于传输光线；
[0014] 所述第一传输部的第一端和所述第二传输部的第一端均镀有高反射膜。
[0015] 进一步地，所述第一传输部和第二传输部传输的光线为深紫外光。
[0016] 进一步地，所述第一传输部和第二传输部为采用石英、Al2O3或光子晶体材料制成 的单模或多模光纤。
[0017] 本发明提供的一种压力检测方法，通过KBBF晶体产生应变，从而实现减小压力检 测装置的体积，实现小型化，进行狭小空间等极端场所的压力检测。
【附图说明】
[0018] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它 特征、目的和优点将会变得更明显。
[0019] 图1是现有技术的光纤珐珀传感器示意图；
[0020] 图2是本发明实施例一提供的一种压力检测方法的流程图；
[0021] 图3是本发明实施例二提供的一种压力检测装置的示意图；
[0022] 图4是本发明实施例三提供的一种压力检测装置的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描 述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便 于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。将理解，虽然术语第一、第二 等在本文中可被用来描述各种元件、组件、区域和/或部分，但这些元件、组件、区域和/或 部分不应被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、 组件、区域或部分区分开。因此，下述第一元件、组件、区域或部分可以被称为第二元件、组 件、区域或部分，而不偏离所述技术的教导。
[0024] 实施例一
[0025] 图2是本发明施例一提供的一种压力检测方法的流程图，本发明实施例的执行主 体为压力检测装置，如图2所示，该方法包括如下步骤：
[0026] 步骤11、获取设置于待检测场所中的KBBF晶体反馈的探测信号，所述KBBF晶体的 泊松比为I. 3±0. 2,所述KBBF晶体产生沿c轴方向的应变；
[0027] 首先，将KBBF晶体设置在待检测场所中，例如涡轮发动机的内壁，油井 中等场所。其中，KBBF晶体（KBe 2BO3F2)为一种非线性光学晶体，空间群为R32， a=!^4.427A, e=l 8.744Λ。所述KBBF晶体的泊松比为I. 3±〇. 2,也就是说，沿着a轴或 b轴方向的施加压力，在c轴方向上的形变为a轴或b轴方向上形变的I. 3±0. 2倍。所述 泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横 向变形系数，泊松比反映材料横向变形的弹性常数。所述KBBF晶体用于检测待检测场所中 的压力信息，当所述KBBF晶体受到待检测场所的压力后，发生形变，并对压力检测装置发 射的探测信号产生变化，然后将变化后的探测信号作为反馈探测信号，用于后续检测待检 测场所中的压力信息的计算。
[0028] 步骤12、根据获取的所述KBBF晶体的反馈探测信号计算待检测场所的压力。
[0029] 根据步骤11中获取的反馈探测信号计算待检测场所的压力，其原理是，待检测场 所的压力引起KBBF晶体的形变，KBBF晶体的形变引起反馈探测信号的变化。因此，待检测 场所的压力，KBBF晶体的形变，反馈探测信号的变化之间存在反演对应关系，根据反馈探测 信号的变化可以计算KBBF晶体的形变，然后根据KBBF晶体的形变计算待检测场所的压力。
[0030] -般来说，各向同性的材料的泊松比的范围为-1-0. 5之间，因此，一般的材料在 垂直于受力方向的应变会小于沿着受力方向的应变，绝大多数的材料很难用于应变转换的 功能。本发明实施例中所述KBBF晶体的泊松比为I. 3±0. 2,目前为止，未有报到如此大的 泊松比的晶体材料，并应用于应变转换中。基于所发现的KBBF晶体如此大的泊松比，将上 述KBBF晶体作为应变转换装置中的应变转换材料。所述KBBF晶体具有a轴，b轴和c轴， 当沿KBBF晶体的a轴或b轴方向向KBBF施加压力，其c轴方向发生剧烈的膨胀。根据所 述KBBF晶体的c轴形变引起反馈探测信号的变化，计算待检测场所的压力。
[0031] 实施例二
[0032] 图3是本发明实施例二提供的一种压力检测装置示意图。如图3所示，所述压力 检测装置21包括KBBF晶体22。需要注意的是，所述压力检测装置21还可以包括信号发射 器，信号接收器等用于压力检测装置正常工作的元件。所述信号发射器用于发送探测信号。 所述信号接收器用于接收将KBBF晶体反射的探测信号。所述KBBF晶体具有a轴，b轴和c 轴，沿KBBF晶体的a轴或b轴方向KBBF施加压力，其c轴方向发生剧烈的膨胀，所述KBBF 晶体的泊松比为I. 3±0. 2,也就是说，沿着a轴或b轴方向的施加压力，在c轴方向上的形 变为a轴或b轴方向上形变的I. 3±0. 2倍。
[0033] 下面详细介绍所述压力检测装置的工作原理，压力检测装置中KBBF晶体受到待 检测场所压力的作用发生形变，信号发射器发送探测信号，所述探测信号可以是光信号，由 于KBBF晶体发生了形变，因此加在KBBF探测信号发生变化，信号接收器接收变化后的探测 信号，通过分析接收到的探测信号的变化，即可测得待检测场所压力大小的变化。传统的压 力检测装置通常采用的应变转换元件在受压方向的形变来检测待检测场所压力的变化，例 如采用压阻式传感头，通常采用一组应变计和1毫米厚的硅片组成，其受压方向与珐珀腔 腔长方向平行，因此导致现有的压力检测装置体积较大，无法应用于狭小场所的压力测量。 而本发明实施例所提供的KBBF晶体由于其较大的泊松比，且KBBF晶体的受压方向与KBBF 晶体腔长方向垂直，压力检测装置设计结构简单，且有利于压力检测装置的小型化。
[0034] 需要说明的是，本发明实施例提供压力检测装置，并不限制于传感器的应用，只要 采用KBBF晶体实现应变转换即可。
[0035] 实施例三
[0036] 图4为本发明实施例三提供的一种压力检测装置示意图。如图4所示，所述压力 检测装置包括第一传输部31、第二传输部32和KBBF晶体33 ;所述第一传输部31的第一端 和KBBF晶体33的第一端对接连接，所述第二传输部32的第一端和KBBF晶体33的第二端 对接连接，所述第一传输部31和所述第二传输部32用于传输光线；所述第一传输部31的 第一端和所述第二传输部32的第一端均镀有高反射膜；所述KBBF晶体33用于产生应变。
[0037] 本发明实施例提供的压力检测装置，采用KBBF晶体替代传统压力检测装置中的 珐珀腔，可以应用于涡轮发动机的内壁压力测量以及油井压力测量等应用场景中。
[0038] 在本发明实施例中，用于支持应变转换装置正常工作的信号发射器为一光源，用 于产生光信号，在此，详细论述用KBBF晶体33实现应变转换的原理。本发明实施例提供的 应变转换装置是基于多光束干涉而成的传感机理，应变转换装置的第一传输部31的第一 端和第二传输部32的第一端均镀有高反射膜，光源发出的光线经第一传输部31或第二传 输部32进入KBBF晶体33中时，由于高反射模的作用，会在KBBF晶体33中发生多次反射 和折射，其中任意两束光程差相同的同频率的光会发生干涉。用KBBF晶体33实现光纤珐 珀腔，并用KBBF晶体33感受外界压力，当KBBF晶体33的a轴或b轴方向上受到外界压力 F时，发生形变，引起其在c轴方向上的腔长发生变化Δ d，由于KBBF晶体33在c轴方向上 的腔长发生变化，从而使光程差发生了变化，再将干涉信号经由信号接收器转变为电信号 进行解调处理，求出KBBF晶体33在c轴方向上的腔长的变化△ d，从而得出外界压力值F， 因此，本发明实施例采用KBBF晶体33实现了现有技术中传感器的"传"和"感"，达到压力 传感的目的。
[0039] 在上述实施例基础上，所述光源发射光线可以是可见光，优选地，所述光源发射光 线为深紫外光，也即第一传输部和第二传输部传输的光线为深紫外光。由于所述KBBF晶体 紫外截止边高达150nm，对深紫外光的干涉效应明显，能够进一步提高压力检测的灵敏度。
[0040] 此外，本发明实施例提供的压力检测装置中所述KBBF晶体由于其受力方向可以 沿a轴或者b轴方向，获得c轴方向上的腔长变化，因此其受力方向与腔长形变方向垂直， 因此有利于压力检测装置体积的减小。
[0041] 进一步地，所述压力检测装置中，所述第一传输部和第二传输部可以为采用石英、 Al2O3或光子晶体材料制成的单模或多模光纤，本发明实施例对第一传输部和第二传输部的 材料不作限制。
[0042] 本发明实施例所提供压力检测装置，在其KBBF晶体的a轴或者b轴方向上施加外 界压力时，KBBF晶体会在c轴方向上发生剧烈的膨胀，其泊松比为1. 3±0. 2, c轴方向上的 形变是a轴或者b轴方向形变的I. 3±0. 2倍。基于此数据本发明提出用KBBF晶体产生的 形变作为应变转换的基础用以压力检测装置，减小了压力检测装置的体积。本领域技术人 员可以理解的是，本发明同时也公开了一种泊松比巨大的材料，利用所述KBBF晶体材料进 行应变转换的技术方案，均属于本发明的保护范围之内。
[0043] 需要说明的是，为描述方便，图4示例性的给出所述KBBF晶体的a轴，b轴，以及 c轴的方向，并以所述KBBF晶体所受压力方向为沿b轴方向为例，本领域技术人员可知，所 述KBBF晶体所受压力方向还可以沿a轴方向，只要所述KBBF晶体的c轴方向平行于所述 第一传输部和第二传输部光轴方向，且受力方向垂直于c轴方向即可。
[0044] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解， 本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、 重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行 了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还 可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【主权项】
1. 一种压力检测方法，其特征在于，包括： 获取设置于待检测场所中的KBBF晶体反馈的探测信号，所述KBBF晶体的泊松比为 1. 3±0. 2,所述KBBF晶体产生沿c轴方向的应变； 根据获取的所述KBBF晶体的反馈探测信号计算待检测场所的压力。2. 根据权利要求1所述的压力检测方法，其特征在于，所述KBBF晶体的受力方向沿所 述KBBF晶体的a轴或b轴。3. -种压力检测装置，其特征在于，包括：KBBF晶体，所述KBBF晶体用于产生沿c轴方 向的应变；所述KBBF晶体的泊松比为1. 3 ±0. 2。4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述KBBF晶体的受力方向沿所述KBBF晶 体的a轴或b轴。5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括： 第一传输部以及第二传输部； 所述第一传输部的第一端和KBBF晶体的第一端对接连接，所述第二传输部的第一端 和KBBF晶体的第二端对接连接，所述第一传输部和所述第二传输部用于传输光线； 所述第一传输部的第一端和所述第二传输部的第一端均镀有高反射膜。6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一传输部和第二传输部传输的光 线为波长小于200nm的深紫外光。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一传输部和第二传输部为采用石 英、A1203或光子晶体材料制成的单模或多模光纤。
【文档编号】G01L11/02GK105841877SQ201510015440
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月13日
【发明人】林哲帅, 姜兴兴, 罗思扬, 李伟, 陈创天
【申请人】中国科学院理化技术研究所