一种基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器的制作方法

本实用新型涉及光纤传感的领域，具体涉及一种基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器。

背景技术：

相比于传统的电磁式压力传感器，光纤光栅压力传感器具有抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、传输距离远、易于复用等优点，在石油化工、海洋科考、土木建筑等领域具有非常广泛的应用前景。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，主要包括圆筒、端盖a、端盖b、压力敏感光栅a、压力敏感光栅b，圆筒两端分别和端盖a、端盖b以激光焊接的方式进行密封，形成两个独立的密闭空气腔，压力敏感光栅a和压力敏感光栅b用粘结剂以串联的方式沿轴向粘贴于圆筒外表面。

所述压力敏感光栅a、压力敏感光栅b是一个串联的光纤光栅串，两者除波长大小不同外，其余参数均相同，两者的波长间隔不小于2nm，并且两者均以两端点式固定的方式粘贴于圆筒表面以防止光纤光栅的反射峰产生毛刺或展宽现象。

所述圆筒表面刻划有一条v型或u型细槽以增大与压力敏感光栅a、压力敏感光栅b粘接时的接触面积。

所述圆筒两侧的壁厚不同，且壁厚较大的厚度是壁厚较小厚度的倍以上，使得压力敏感光栅a和压力敏感光栅b具备差异较大的压力灵敏度。

所述端盖a、端盖b的厚度均远大于圆筒的壁厚。

所述压力敏感光栅a、压力敏感光栅b在粘接封装过程中均施加一定大小的预拉力使两者的状态基本相同，两者因预拉力产生的波长漂移量不小于1.5nm以确保两者在温度变化的环境中对温度响应基本同步。

所述圆筒材料为高弹性不锈钢。

本实用新型的有益效果为：本实用新型压力敏感光栅与筒壁直接粘接，不存在力的机械传递结构，压力响应时间快；且压力敏感光栅波长与压力线性良好，稳定性高，确保了较高的压力测量精度；具备温度实时补偿，两个压力敏感光栅对环境温度变化基本同步，解决了一般光纤光栅压力传感器无法实现在快速变温环境中测压的难题；传感器双端出纤，且采用波长解调方法，易于多个传感器复用，可实现准分布式压力测量；有效解决光纤光栅温度和压力交叉敏感问题，现已经通过各项原理认证和仿真。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型两根光纤光栅随压力的变化关系曲线图。

图3为本实用新型施加温度跃变后两根光纤光栅测得的温度随时间的变化关系曲线。

附图标记说明：圆筒1、端盖a2、端盖b3、压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：

实施例：如附图所示，这种基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，主要包括圆筒1、端盖a2、端盖b3、压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5，圆筒1材料为高弹性不锈钢。圆筒1两端分别和端盖a2、端盖b3以激光焊接的方式进行密封，形成两个独立的密闭空气腔，压力敏感光栅a4和压力敏感光栅b5用粘结剂以串联的方式沿轴向粘贴于圆筒1外表面，消除了力的中间传递，在实现传感器压力快速响应的同时又确保了压力的高精度测量，圆筒1表面刻划有一条v型或u型细槽以增大与压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5粘接时的接触面积。圆筒1两侧的壁厚不同，且壁厚较大的厚度是壁厚较小厚度的2倍以上，使得压力敏感光栅a4和压力敏感光栅b5具备差异较大的压力灵敏度。端盖a2、端盖b3的厚度均远大于圆筒1的壁厚。粘接剂可为环氧胶或低温玻璃焊料。

压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5是一个串联的光纤光栅串，两者除波长大小不同外，其余参数均相同，两者的波长间隔不小于2nm，并且两者均以两端点式固定的方式粘贴于圆筒1表面以防止光纤光栅的反射峰产生毛刺或展宽现象。压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5在粘接封装过程中均施加一定大小的预拉力使两者的状态基本相同，两者因预拉力产生的波长漂移量不小于1.5nm，确保两者在温度变化的环境中对温度响应基本同步。如附图3所示，给传感器施加一定程度的温度跃变，压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5测得的温度值随时间的变化基本相同。鉴于此，在压力测量过程中，将压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5的波长变化量作差，即可除去温度变化对压力测量的影响，实现温度不敏感测量。

本实用新型工作原理：当传感器置于水中时，水压作用在圆筒1的侧壁上，圆筒1两个厚度不同的侧壁发生不同程度的形变。导致固定在其表面的压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5的有效受拉长度发生改变，使其产生不同大小的波长漂移量，即压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5具有不同的压力系数，如附图2所示。结合压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5各自不同的压力系数和温度系数，可以解算出环境压力值。由于压力敏感光栅a4、压力敏感光栅b5的状态基本相同，两者对环境温度变化的响应也基本同步，有效解决了光纤光栅温度和压力交叉敏感问题，可实现传感器在温度变化的环境中工作。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

技术特征：

1.一种基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，其特征在于：主要包括圆筒(1)、端盖a(2)、端盖b(3)、压力敏感光栅a(4)、压力敏感光栅b(5)，圆筒(1)两端分别和端盖a(2)、端盖b(3)以激光焊接的方式进行密封，形成两个独立的密闭空气腔，压力敏感光栅a(4)和压力敏感光栅b(5)用粘结剂以串联的方式沿轴向粘贴于圆筒(1)外表面。

2.根据权利要求1所述的基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述压力敏感光栅a(4)、压力敏感光栅b(5)是一个串联的光纤光栅串，两者除波长大小不同外，其余参数均相同，两者的波长间隔不小于2nm，并且两者均以两端点式固定的方式粘贴于圆筒(1)表面以防止光纤光栅的反射峰产生毛刺或展宽现象。

3.根据权利要求1所述的基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述圆筒(1)表面刻划有一条v型或u型细槽以增大与压力敏感光栅a(4)、压力敏感光栅b(5)粘接时的接触面积。

4.根据权利要求1或3所述的基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述圆筒(1)两侧的壁厚不同，且壁厚较大的厚度是壁厚较小厚度的两倍以上，使得压力敏感光栅a(4)和压力敏感光栅b(5)具备差异较大的压力灵敏度。

5.根据权利要求1所述的基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述端盖a(2)、端盖b(3)的厚度均远大于圆筒(1)的壁厚。

6.根据权利要求1或2所述的基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述压力敏感光栅a(4)、压力敏感光栅b(5)在粘接封装过程中均施加一定大小的预拉力使两者的状态基本相同，两者因预拉力产生的波长漂移量不小于1.5nm以确保两者在温度变化的环境中对温度响应基本同步。

7.根据权利要求1所述的基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述圆筒(1)材料为高弹性不锈钢。

技术总结
本实用新型公开了一种基于不同壁厚圆筒结构的光纤光栅压力传感器，包括圆筒、端盖A、端盖B、压力敏感光栅A、压力敏感光栅B，圆筒两端分别和端盖A、端盖B以激光焊接的方式进行密封，形成两个独立的密闭空气腔，压力敏感光栅A和压力敏感光栅B用粘结剂以串联的方式沿轴向粘贴于圆筒外表面。本实用新型压力敏感光栅与筒壁直接粘接，压力响应时间快；且压力敏感光栅波长与压力线性良好，稳定性高，确保了较高的压力测量精度；具备温度实时补偿，两个压力敏感光栅对环境温度变化基本同步，解决了一般光纤光栅压力传感器无法实现在快速变温环境中测压的难题；传感器双端出纤，且采用波长解调方法，易于多个传感器复用，可实现准分布式压力测量。

技术研发人员：何少灵;桑卫兵;孙樟鹏;陆灿幸;陈志明
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七一五研究所
技术研发日：2019.05.10
技术公布日：2020.06.16