一种基于光纤珐珀的差压传感系统及其检测方法与流程

本发明属于光纤传感的技术领域，具体涉及一种基于光纤珐珀的差压传感系统及其检测方法。

背景技术：

光纤传感器技术因具有诸多传统传感器无法比拟的优点，在现代传感器研究中吸引了越来越多的关注。各种光纤传感器的光纤作用是信号采集和传输，是传感器的核心，具有成本低、耐化学腐蚀、抗电磁干扰，传输损耗小等优势，使得光纤传感在长距离、复杂环境下测量有着独特的优势。在诸多光纤传感器中，光纤光栅传感器和光纤珐珀传感器最常见，其中光纤珐珀传感器结构简单，可通过珐珀的腔肠变化来感知被测量物理量，灵敏度高，被广泛地用于感知测量应变，压力，温度，磁场等被测物理量。

差压传感器是一种用来测量两个压力之间差值的传感器，近年来，面向各种高温高压、强振动、辐照等极端环境下使用的差压传感器为传统的电子差压传感器，它的缺点是内部电容对灵敏度和精度有影响，而且电子传感器内部连接的电路较复杂，正是由于传统差压传感器的诸多不足，人们致力于研究光纤差压传感器，且现在还未有技术成熟的光纤差压传感器。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于光纤珐珀的差压传感系统及其检测方法，以解决现在还未有技术成熟的光纤差压传感器的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于光纤珐珀的差压传感系统及其检测方法，其包括上底座、焊接于上底座上的封装外壳、以及与上底座螺栓相连的下底座；上底座上固定两个左右对称的光纤固定件，两个光纤固定件之间设置中间膜片；中间膜片与光纤固定件的端面之间形成光纤珐珀传感器，且中间膜片将光纤珐珀传感器分隔为第一光纤珐珀传感器和第二光纤珐珀传感器。

优选地，光纤固定件的焊接端面开设有小于1mm深的槽，光纤固定件另一端开设方形板槽；方形板槽内固定光纤尾纤，光纤尾纤再环绕于上底座的圆柱槽内，并在光纤尾纤交汇处集成不锈钢管软管保护。

优选地，光纤采用陶瓷插芯、石英毛细管或不锈钢插芯保护固定，尾纤采用不锈钢软管或pvc套管保护。

优选地，上底座上开设两个硅油焊接孔，硅油传输管道和注硅油管并排焊接于硅油焊接孔处。

优选地，上底座焊接接液膜片，接液膜片采用o型密封圈密封。

优选地，上底座和下底座上均开设四个螺纹孔，螺纹孔与六角螺栓配合实现上底座和下底座的固定连接。

优选地，下底座上开设两个用于压力管连接测试差压的压力孔。

基于光纤珐珀的差压传感的检测方法，包括：

s1、将光纤珐珀传感器固定于上底座凹槽内，且光纤尾纤缠绕固定于上底座圆柱槽内，采用螺栓将上底座和下底座连接固定，并将外壳焊接于上底座，注硅油后真空封焊硅油；

s2、将外界压力管道与下底座压力孔连接，通过接液膜片感压，硅油传输管道传压，压力差导致中间膜片中心位移发生形变，使第一光纤珐珀传感器腔长和第二光纤珐珀传感器腔长发生改变；

s3、设第一光纤珐珀传感器腔长l01，第二光纤珐珀传感器腔长l02，压强引起的腔长变化为δlp，则差压产生后两个第一光纤珐珀传感器腔长和第二光纤珐珀传感器腔长分别为：

l1＝l01+δlp(1)

l2＝l02-δlp(2)

其中，l1和l2分别为差压产生后第一光纤珐珀传感器腔长和第二光纤珐珀传感器腔长；

s4、第一光纤珐珀传感器和第二光纤珐珀传感器光程差比值为：

n1l1/n2l2(3)，

其中，

其中，和分别为第一光纤珐珀传感器和第二光纤珐珀传感器差压后解调得相位，由于第一光纤珐珀传感器和第二光纤珐珀传感器温度一样，即n1＝n2，即温度导致的硅油折射率变化抵消，结合式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)计算得到差压产生的腔长δlp。

本发明提供的基于光纤珐珀的差压传感系统及其检测方法，具有以下有益效果：

本发明采用硅油传递压力，压力差使中间膜片位移发生变化，使得第一和第二光纤珐珀腔的腔长改变，由腔长变化得到压力差；两侧的珐珀腔内介质为硅油，通过对两个珐珀腔的两个光程做比值使温度产生的硅油折射率变化抵消，消除硅油温度变化对腔长变化影响，光纤固定件采用两种具有不同热膨胀系数的材料制作，补偿温度引起的腔长变化，实现高精度差压检测。

附图说明

图1为基于光纤珐珀的差压传感系统及其检测方法的原理框图。

其中，1、封装外壳；2、第一光纤珐珀传感器；3、第二光纤珐珀传感器；4、中间膜片；5、光纤固定件；6、光纤；7、硅油传输管道；8，注硅油管；9、尾纤固定槽；10、上底座；11、接液膜片；12、o型密封圈；13、下底座；14、六角螺栓。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的基于光纤6珐珀的差压传感系统，包括上底座10、焊接于上底座10上的封装外壳1、以及与上底座10螺栓相连的下底座13。

光纤固定件5为两个，且左右对称设置于上底座10上，两个光纤固定件5之间焊设中间膜片4，中间膜片4与光纤固定件5的端面之间形成光纤珐珀腔，光纤珐珀腔即为光纤6珐珀腔传感器。

中间膜片4将光纤珐珀传感器分隔为第一光纤珐珀传感器2和第二光纤珐珀传感器3。

中间膜片4的材质选用石英膜片或高反射率的金属膜片。

光纤固定件5与中间膜片4焊接端面设有小于1mm深的槽，另一端设有带槽的方形板槽用于固定尾纤。

方形板槽内固定光纤尾纤，光纤尾纤再环绕于上底座10的圆柱槽内，并在光纤尾纤交汇处集成不锈钢管软管保护。

光纤6可用陶瓷插芯、石英毛细管或不锈钢插芯保护固定，光纤6用石英毛细管保护后高温烧结，使光纤6与石英毛细管固定。

尾纤用不锈钢软管或pvc套管保护。

上底座10上开设两个硅油焊接孔，硅油传输管道7和注硅油管8并排焊接于硅油焊接孔处，且硅油传输管道7焊接于光纤固定件5上。

上底座10与外壳连接处端面设槽，用于两个尾纤缠绕固定。

上底座10焊接有接液膜片11，并用o型密封圈12密封。

下底座13设有两个压力孔，用于与外界两个压力管连接，测试差压。

光纤珐珀传感器固定于上底座10的半圆柱槽内，且将硅油传输管道7与注硅油管8道并排焊接在上底座10的孔处。

上底座10设有与下底座13一样的四个螺纹通孔，螺纹通孔与四个六角螺丝14配合，实现第一光纤珐珀传感器2和第二光纤珐珀传感器3固定连接。

根据本申请的一个实施例，一种基于光纤珐珀的差压传感的检测方法，包括：

s1、将光纤珐珀传感器固定于上底座10凹槽内，且光纤尾纤缠绕固定于上底座10圆柱槽内，采用螺栓将上底座10和下底座13连接固定，并将外壳焊接于上底座10，注硅油后真空封焊硅油；

s2、将外界压力管道与下底座13压力孔连接，通过接液膜片11感压，硅油传输管道7传压，压力差导致中间膜片4中心位移发生形变，使第一光纤珐珀传感器2腔长和第二光纤珐珀传感器3腔长发生改变；

s3、设第一光纤珐珀传感器2腔长l01，第二光纤珐珀传感器3腔长l12，压强引起的腔长变化为δlp，则差压产生后两个第一光纤珐珀传感器2腔长和第二光纤珐珀传感器3腔长分别为：

l1＝l01+δlp(1)

l2＝l02-δlp(2)

其中，l1和l2分别为差压产生后第一光纤珐珀传感器2腔长和第二光纤珐珀传感器3腔长；

s4、第一光纤珐珀传感器2和第二光纤珐珀传感器3光程差比值为：

n1l1/n2l2(3).

其中，

其中，和分别为第一光纤珐珀传感器2和第二光纤珐珀传感器3差压后解调得相位，由于第一光纤珐珀传感器2和第二光纤珐珀传感器3温度一样，即n1＝n2，即温度导致的硅油折射率变化抵消，结合式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)计算得到差压产生的腔长δlp。

本发明系统通过一个中间膜片4与两侧光纤固定件5焊接，形成两个光纤珐珀腔，圆环的厚度可控制光纤珐珀腔的腔长，当外界传入两不同压力时，用接液膜片11隔绝外界，有效避免光纤长期在水中工作。

采用硅油传递压力，压力差使中间膜片4位移发生变化，使得第一和第二光纤珐珀腔的腔长改变，由腔长变化得到压力差；两侧的珐珀腔内介质为硅油，通过对两个珐珀腔的两个光程做比值使温度产生的硅油折射率变化抵消，消除硅油温度变化对腔长变化影响，光纤固定件5采用两种具有不同热膨胀系数的材料制作，补偿温度引起的腔长变化，实现高精度差压检测。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。