基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置，涉及一种压力监测系统。它是为了解决现有光纤光栅压力传感器抗外界干扰能力差的问题。本实用新型专利技术通过宽带光源发出的光经滤波器滤波后发送至光强调制器，光强调制器的光信号输出端连接环形器的第一光信号输入端，环形器的第一光信号输出端连接光纤耦合器的第一光信号输入端，经光纤耦合器耦合后的光信号分成n路，并分别发送给n个压力传感单元；光纤耦合器采集n个压力传感单元反射回的光信号，光纤耦合器的光信号输出端连接环形器的第二光信号输入端，环形器的第二光信号输出端连接光谱分析仪的光信号输入端；压力传感单元包括压力传感器和平膜片。本实用新型专利技术适用于一种压力监测系统。
【技术实现步骤摘要】
基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置
本技术涉及一种压力监测系统。
技术介绍
水库大坝的安危，不仅影响工程效益的发挥，而且直接威胁下游人民的生命财产，一旦失事，将产生无法估量的损失和影响。渗流异常是大坝事故的重要原因，大坝渗流中渗压监测问题将成为设计、施工、运行管理的关键课题，研发寿命长、精度高、抗雷击、可大规模组网的大坝渗压监测系统是十分重要的。目前，绝大多数大坝渗压监测系统采用的机电测试系统普遍存在抗干扰能力弱，长期稳定性差，相对误差、零漂和动漂较大等缺点而很难满足实际需要。目前用于大坝渗压监测的光纤光栅压力传感器中的所使用的裸光纤光栅抗外界干扰能力很差，直接将其用于实际工程无法满足工程结构的粗放施工要求和野外恶劣环境的长期耐久性要求，对光纤光栅传感器的封装工艺和封装结构提出了更高的要求。大部分压力传感器都是将光纤光栅埋入高分子聚合物或无机玻璃中，通过介质的形变来带动光纤光栅中心波长发生变化。虽然其灵敏度均有所提高，但高分子聚合物存在耐腐蚀性差、易老化等致命的缺点，严重制约传感器耐久性能的发挥；而无机玻璃结构又存在加工工艺复杂，成活率低的缺点。
技术实现思路
本技术是为了解决现有光纤光栅压力传感器抗外界干扰能力差，导致无法满足实际工程施工要求的耐久性的问题，从而提供了一种基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置。基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置，它包括宽带光源1、滤波器2、光强调制器3、环形器4、光纤耦合器5、η个压力传感单元6和光谱分析仪7，η为正整数；宽带光源I发出的光经滤波器2滤波后发送至光强调制器3，光强调制器3的光信号输出端连接环形器4的第一光信号输入端,所述环形器4的第一光信号输出端连接光纤耦合器5的第一光信号输入端，经光纤耦合器5耦合后的光信号分成η路，并分别发送给η个压力传感单元6 ；光纤耦合器5采集η个压力传感单元6反射回的光信号，光纤耦合器5的光信号输出端连接环形器4的第二光信号输入端，所述环形器4的第二光信号输出端连接光谱分析仪7的光信号输入端；每个压力传感单元6包括压力传感器和平膜片，平膜片用于对压力传感器进行封装。本技术的有益效果:本技术集合光学技术和机械技术于一体，选择加工性能好、具有足够的强度极限、对于交变的应力没有残余的变形、良好的温度特性、长期使用没有变化、耐腐蚀性良好的特种合金材料，易于推广使用，提高了光纤光栅压力传感器的抗外界干扰能力，同比提高了 20%;本技术解决了工程结构的粗放施工要求和野外恶劣环境的长期耐久性要求。【附图说明】图1为本技术的整体结构图；图2为压力传感单元6中平膜片结构图；图3为压力与中心波长关系原理图，横坐标为压力，纵坐标为波长；图4为压力与中心波长关系实验数据图， 表示实验数据点，虚线表示实验数据拟合后的直线。【具体实施方式】【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置，它包括宽带光源1、滤波器2、光强调制器3、环形器4、光纤耦合器5、η个压力传感单元6和光谱分析仪7，η为正整数；宽带光源I发出的光经滤波器2滤波后发送至光强调制器3，光强调制器3的光信号输出端连接环形器4的第一光信号输入端,所述环形器4的第一光信号输出端连接光纤耦合器5的第一光信号输入端，经光纤耦合器5耦合后的光信号分成η路，并分别发送给η个压力传感单元6 ；光纤耦合器5采集η个压力传感单元6反射回的光信号，光纤耦合器5的光信号输出端连接环形器4的第二光信号输入端，所述环形器4的第二光信号输出端连接光谱分析仪7的光信号输入端；每个压力传感单元6包括压力传感器和平膜片，平膜片用于对压力传感器进行封装。压力传感单元采用光纤光栅作为传感元件，具有耐腐蚀、防水、抗电磁干扰及集成化、网络化的特点；通过检测光纤光栅中心波长来监测压力大小，具有极高的灵敏度；同时压力传感单元还采用膜片作为传感元件，尺寸小，能够实现小型化；压力传感单元的封装结构解决了工程结构的粗放施工要求和野外恶劣环境的长期耐久性要求；适合在大坝中使用。宽带光源发出的光经滤波器滤波后，用光强调制器对光信号进行调制，调制后的光信号进入环形器，由环形器出射的光进入耦合器，光纤耦合器把一个输入的光信号分配给多个输出，分别送入不同的压力传感单元，由不同的压力传感单元反射回的光信号再由光纤耦合器组合成一个输出，经环形器后送入光谱分析仪和信号处理单元。基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感器，利用的是圆形薄板在两侧有压差时薄板变形，其中心位移最明显。利用该中心位移反映光纤光栅波长的变化上是该传感器的特点。平面圆形膜片是整个设计的中心和重点。它直接决定了所设计的传感器的灵敏度和分辨率。基于平面圆形膜片的设计理论，确定设计的传感器的膜片的尺寸。膜片是一种可以在垂直于它的挠性面方向移动的压力敏感元件，它是一种将两个压力不等的介质分开，具有挠性的圆薄膜。本技术中膜片的挠性面是平面型膜片，平面型膜片是波纹膜片的一个特例，基于平面型膜片的光纤光栅传感器的封装结构是将金属化压力传感器与压力敏感平面型膜片进行可靠连接，以获得较好的压力传递和信号转换特性。【具体实施方式】二:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置作进一步限定，本实施方式中，它还包括信号处理单元8，所述光谱分析仪7的光信号输出端连接信号处理单元8的光信号输出端。【具体实施方式】三:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置作进一步限定，本实施方式中，宽带光源I的扫描范围大于1525nm且小于1565nm，输出光功率为20mw，光功率稳定度典型值为±0.02dB，输出光隔离度为30dB，输出回波损耗为45dB，工作温度大于0°C且小于60°C。【具体实施方式】四:本实施方式对【具体实施方式】一所述的基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置作进一步限定，本实施方式中，光谱分析仪7波长测量范围大于1525nm且小于1565nm,波长分辨率为0.1pm,波长精度为±lpm。本技术模拟大坝的工作环境，如图2所示，采用有机玻璃材质制作了高度为1500mm的量筒，底部安装有水龙头开关，用于控制水位高度，在量筒的侧壁预制有最小单位为毫米的刻度用于直观指示液位高度。将压力传感器轻轻放置到量筒底部，通过向量筒内加注水及借助水龙头开关排水，控制量筒内的液位处于传感器各个标定点的对应值。光源发出的光经耦合器到达压力传感器，探测到水深的变化，光纤光栅的波长反射信号又经耦合器输出后，到解调仪内部处理，读出光纤光栅的波长变化。画出中心波长λΒ随压力P变化的理论曲线如图3所示，实验曲线如图4所示。在所做实验水位高度范围内，由实验数据得出的拟合曲线为:λ β=-3.21 (nm/MPa).P (MPa)+1531.468 (nm)，即实际传感器灵敏度K=3.21nm/MPaο本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置，其特征在于：它包括宽带光源（1）、滤波器（2）、光强调制器（3）、环形器（4）、光纤耦合器（5）、n个压力传感单元（6）和光谱分析仪（7），n为正整数；宽带光源（1）发出的光经滤波器（2）滤波后发送至光强调制器（3），光强调制器（3）的光信号输出端连接环形器（4）的第一光信号输入端，所述环形器（4）的第一光信号输出端连接光纤耦合器（5）的第一光信号输入端，经光纤耦合器（5）耦合后的光信号分成n路，并分别发送给n个压力传感单元（6）；光纤耦合器（5）采集n个压力传感单元（6）反射回的光信号，光纤耦合器（5）的光信号输出端连接环形器（4）的第二光信号输入端，所述环形器（4）的第二光信号输出端连接光谱分析仪（7）的光信号输入端；每个压力传感单元（6）包括压力传感器和平膜片，平膜片用于对压力传感器进行封装。
【技术特征摘要】
1.基于膜片式封装结构的大坝渗压监测用光纤光栅压力传感装置，其特征在于:它包括宽带光源(1)、滤波器(2)、光强调制器(3)、环形器(4)、光纤耦合器(5)、η个压力传感单元(6)和光谱分析仪(7)，η为正整数； 宽带光源(I)发出的光经滤波器(2)滤波后发送至光强调制器(3)，光强调制器(3)的光信号输出端连接环形器(4)的第一光信号输入端，所述环形器(4)的第一光信号输出端连接光纤耦合器(5)的第一光信号输入端，经光纤耦合器(5)耦合后的光信号分成η路，并分别发送给η个压力传感单元(6)； 光纤耦合器(5)采集η个压力传感单元(6)反射回的光信号，光纤耦合器(5)的光信号输出端连接环形器(4)的第二光信号输入端，所述环形器(4)的第二光信号输出端连接光谱分析仪(7)的光信号输入端； 每个压力传感单元(6 )包括压力...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈涛，刘洪臣，王春生，谭昌龙，熊燕玲，杨倩茹，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23
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