压力传感器和包括一个或多个压力传感器的传感器系统技术方案

技术编号:15688687 阅读:42 留言:0更新日期:2017-06-23 23:38
本申请涉及包括结构元件的压力传感器,结构元件包括第一结构部件和第二结构部件。传感器还包括第一腔体和第二腔体,第一腔体与传感器的外部流体连接,以建立取决于第一腔体中的外部压力的第一压力,第二腔体配置成在使用中处于第二压力。可变形结构可取决于第一压力与第二压力之间的压力差变形的。传感器包括纤维,纤维包括固定至结构元件和可变形结构的内置光纤传感器,以提供取决于所述压力差的光学传感器信号。

Pressure sensor and sensor system including one or more pressure sensors

The present application relates to a pressure sensor including a structural element comprising a first structural member and a second structural member. The sensor also comprises a first cavity and a second cavity, the first cavity and the external fluid sensor connected to the first pressure depends on the external pressure of the first cavity, the second cavity configured in second pressure in use. The deformable structure can be deformed depending on the pressure difference between the first and second pressures. The sensor comprises a fiber comprising a built-in optical fiber sensor fixed to the structural element and a deformable structure to provide an optical sensor signal depending on the pressure difference.

【技术实现步骤摘要】
压力传感器和包括一个或多个压力传感器的传感器系统
本专利技术涉及用于感测物理参数的传感器,例如压力传感器。本专利技术还涉及包括如上所述的一个或多个压力传感器中的传感器系统。
技术介绍
在传感器领域,应用内置光纤传感器单元的传感器来潜在地提供待测量压力的非常精确的读取是公知的。这是由于内置光纤传感器其本身的精确性。内置光纤传感器是包括利用光学信号点亮的光纤的传感器。可以通过使用询问器监测光学信号的特性来精确地感测由外部因素(例如纤维上的机械诱发力)引起的对纤维的任何改变。为了允许监测诸如压力的物理参数,一些已知类型的传感器应用包括两个结构部件和可变形结构或元件的结构元件,可变形结构或元件位于两个部件之间,其取决于待在传感器的监测环境中进行测量的物理参数而发生变形。包含内置光纤传感器的纤维连接在两个部件之间,使得可变形元件的变形导致纤维内的应变的变化。这引起内置光纤传感器的光输出信号的特性发生变化,该变化转而可使用询问器单元和适当的分析系统来精确地确定。如上所述的传感器可用于各种各样的应用和
中。虽然上述传感器潜在地提供指示传感器的环境中的物理参数的非常精确的信号,但是这种类型的传感器经常易于受到各种干扰因素的影响,这些干扰因素阻碍潜在精确度的实现。例如,一个缺点是这些传感器可能易于受到作用在传感器上的外部振动的影响。作用在传感器上的外部振动可例如由可变形元件拾取,并且在灵敏的内置光纤传感器的光输出信号的特性中导致可测量的变化。在某种程度上,可以使用分析系统从信号中将这种振动过滤。然而,技术人员将理解的是,干扰将影响传感器的整体精确度,尤其是如果测量需要处于不允许产生过滤的快速节奏时。在一个典型应用中,传感器可以是压力传感器或压力传感器的系统。压力传感器可以例如用于连续地监测在油轮中的船上油容器中的每个中的压力。这对于例如监测碳氢气体的积聚是必要的,碳氢气体可能成为油轮中的主要安全风险。然而,在船上,引起可由压力传感器拾取的振动的一些干扰因素包括例如船的运行发动机、船在波浪或公海上的摇摆和滚动、以及在船上执行的各种操作。例如,由波浪引起的振动具有相对长且时常不一致的波长,因此难以从信号中过滤。这些振动因此可能导致不正确的压力读取。除了上述以外,其它干扰因素可能导致传感器的精确度随时间减弱或降低。这些可能由例如环境中的温度变化引起、或者由纤维至结构部件的固定的减弱而导致张力的逐渐变化而引起。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种压力传感器,在该压力传感器中已经克服了或可控制上述缺点,并且该压力传感器使得能够在一段时间内精确地监测压力。为此,在此提供了用于感测物理参数的传感器,该传感器包括结构元件,该结构元件包括第一结构部件和第二结构部件,该传感器还包括输入构件,输入构件布置在第一结构部件中并配置成用于接收根据所述物理参数而施加在其上的力,该传感器还包括传递元件和反作用元件,传递元件与输入构件协作以传递施加在输入构件上的力,反作用元件与传递元件协作以在反作用元件与传递元件之间提供可位移的插入段,其中,可位移的插入段根据由传递元件施加的力和由反作用元件施加的反作用力而移位,该传感器还包括纤维,纤维包括内置光纤传感器,内置光纤传感器用于提供取决于物理参数的光学传感器信号,其中,纤维固定至第一结构部件、插入段、和第二结构部件,其中纤维的内置光纤传感器包括第一内置光纤传感器和第二内置光纤传感器,第一内置光纤传感器布置在第一结构部件与插入段之间,第二内置光纤传感器布置在第二结构部件与插入段之间。根据本专利技术,第一结构部件和第二结构部件相对于彼此具有固定的距离,并且传递元件和反作用元件布置在第一部件与第二部件之间。包括内置光纤传感器的纤维固定至第一结构部件和第二结构部件,并且进一步固定至传递元件与反作用元件之间的插入段。插入段例如可包括可将纤维固定至其的元件,虽然纤维还可在传递元件和反作用元件的交界面上直接固定至传递元件和反作用元件中的一个或两个上。第一内置光纤传感器然后定位在纤维的布置于第一结构部件与插入段之间的部分中,并且第二内置光纤传感器位于纤维的定位在第二结构部件与插入段之间的部分中。在这种布置中,由压力传感器监测的外部压力的变化导致第一腔体的第一压力的相似变化,从而引起插入段的平移。这导致第一内置光纤传感器中的纤维张力的变化,以及第二内置光纤传感器的纤维张力的相反符号的等量变化。相应地,第一内置光纤传感器和第二内置光纤传感器的长度将变化。由此,可以由第一内置光纤传感器和第二内置光纤传感器的光学输出信号精确地确定物理参数。内置光纤传感器可以例如是(或包括)纤维布拉格光栅(FBG)。这将导致光学信号的由FBG反射的反射部分的波长的变化。有利地,由传感器上的外部源引起的振动将由第一波纹管和第二波纹管两者等同地感知。这导致插入段与第一部分和第二部分相关的相对振动。然而,可将传递元件和反作用元件机械地考虑为彼此平衡的两个弹簧。因此,侧向振动可引起插入段的侧向偏转,并且因为插入段由传递元件和反作用元件两者保持,所以插入段的侧向移动将差不多为横向于纤维的直线。因此,这将导致第一内置光纤传感器和第二内置光纤传感器中的相同符号的张力的相等增加。第一内置光纤传感器和第二内置光纤传感器两者(均包括FBG)的反射波长将以相同符号同等地改变。由于物理参数读数是由反射波长之间的差异的变化而获取的,所以插入段的侧向运动将不会影响读数。这防止此类侧向振动对传感器的物理参数读数的影响。在可变形元件响应于侧向振动的运动将引起不同的并且在大多数情况下不能从测量中消除的误差的不平衡配置(即,如现有技术)中以上将不能够实现。具有与纤维对准的分量的振动导致第一内置光纤传感器和第二内置光纤传感器中的具有相反符号的纤维张力的相等变化。应当理解的是,由于插入段必须在传递元件与反作用元件之间可移动,所以不能防止这种振动由插入段拾取。然而,在不存在由横向于纤维的方向中的侧向振动分量引起的干扰因素的情况下,可以更容易地识别并且从输出信号中去除振动的仅剩余的对准分量。另外,由于波纹管之间的机械平衡,系统对振动的与纤维对准的分量不太敏感。换言之,来自施加在压力传感器上的任何任意的振动,只有与内置光纤传感器对准的(小)分量可在光学信号中导致显著变化。这种干扰可通过单独的分析而容易地去除。除了上述之外,根据本专利技术的传感器也不太易于受到可影响精确物理参数读数的其它干扰因素的影响。例如,这种类型的常规压力传感器(和其它类似的传感器)的已知问题是通常固定至第一元件和可变形元件的纤维的固定随时间降低。这在传感器的寿命期间导致纤维张力随时间而改变。作为结果,必须频繁地校准压力传感器以允许精确地读取压力。在本专利技术的传感器中,纤维至纤维与第一结构部件之间、纤维与第二结构部件之间、以及纤维与插入段之间的胶合连接部中的一个或全部的固定的降低将不会影响物理参数的测量。这是由于纤维张力的总体变化将导致第一内置光纤传感器中和第二内置光纤传感器中的纤维张力具有相等幅值和相同符号的变化。同样,因为由温度引起的变化将对两个内置光纤传感器相等地影响,所以由温度变化引起的纤维张力的变化也不影响由传感器提供的参数读数。根据一些实施方式,传感器是压力传感器,传感器还包括第一腔体和第二腔体,第一腔体经由入口本文档来自技高网
...
压力传感器和包括一个或多个压力传感器的传感器系统

【技术保护点】
用于感测物理参数的传感器,包括:结构元件,包括第一结构部件和第二结构部件,所述传感器还包括输入构件,所述输入构件布置在所述第一结构部件中,并配置成用于接收根据所述物理参数而施加在所述输入构件上的力,所述传感器还包括传递元件和反作用元件,所述传递元件与所述输入构件协作,以传递施加在所述输入构件上的力,所述反作用元件与所述传递元件协作,以在所述反作用元件与所述传递元件之间提供可位移的插入段,其中,所述可位移的插入段能够根据由所述传递元件施加的力以及由所述反作用元件施加的反作用力而位移,所述传感器还包括纤维,所述纤维包括内置光纤传感器,以用于提供取决于所述物理参数的光学传感器信号,其中,所述纤维固定至所述第一结构部件、所述插入段、和所述第二结构部件,其中,所述纤维的所述内置光纤传感器包括第一内置光纤传感器和第二内置光纤传感器,所述第一内置光纤传感器布置在所述第一结构部件与所述插入段之间,所述第二内置光纤传感器布置在所述第二结构部件与所述插入段之间。

【技术特征摘要】
2015.12.11 NL 20159521.用于感测物理参数的传感器,包括:结构元件,包括第一结构部件和第二结构部件,所述传感器还包括输入构件,所述输入构件布置在所述第一结构部件中,并配置成用于接收根据所述物理参数而施加在所述输入构件上的力,所述传感器还包括传递元件和反作用元件,所述传递元件与所述输入构件协作,以传递施加在所述输入构件上的力,所述反作用元件与所述传递元件协作,以在所述反作用元件与所述传递元件之间提供可位移的插入段,其中,所述可位移的插入段能够根据由所述传递元件施加的力以及由所述反作用元件施加的反作用力而位移,所述传感器还包括纤维,所述纤维包括内置光纤传感器,以用于提供取决于所述物理参数的光学传感器信号,其中,所述纤维固定至所述第一结构部件、所述插入段、和所述第二结构部件,其中,所述纤维的所述内置光纤传感器包括第一内置光纤传感器和第二内置光纤传感器,所述第一内置光纤传感器布置在所述第一结构部件与所述插入段之间,所述第二内置光纤传感器布置在所述第二结构部件与所述插入段之间。2.根据权利要求1所述的传感器,其中,所述传感器是压力传感器,所述传感器还包括第一腔体和第二腔体,所述第一腔体经由入口部与所述传感器的外部流体连接,以建立取决于所述第一腔体的外部压力的第一压力,所述第二腔体配置成在使用中处于第二压力,其中,所述传递元件包括第一波纹管或第一隔膜,所述第一波纹管或所述第一隔膜连接至所述第一结构部件,以及其中,所述反作用元件包括第二波纹管或第二隔膜,所述第二波纹管或所述第二隔膜连接至所述第二结构部件,所述第一波纹管与所述第一腔体流体连接,并且所述第二波纹管与所述第二腔体流体连接,以及其中,所述可位移的插入段布置在所述第一波纹管或所述第一隔膜与所述第二波纹管或所述第二隔膜之间,从而能够根据所述压力差位移。3.根据权利要求1或2所述的传感器,其中,所述纤维进行预加应力,从而在张力下保持于所述第一结构部件与所述第二结构部件之间。4.根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3所述的传感器,其中,所述纤维位于所述第一波纹管和所述第二波纹管的外部。5.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器,其中,所述纤维布置成沿着从所述第一结构部件经由所述插入段到所述第二结构部件的路径进行引导。6.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器,其中,所述纤维布置成沿着具有第一段和第二段的路径,所述第一段从所述第一结构部件经由所述插入段到所述第二结构部件,所述第二段从所述第二结构部件经由所述插入段返回至所述第一结构部件,其中,所述纤维在每次沿所述纤维的路径通过所述第一结构路径、所述插入段和所述第二结构路径时被固定至少一次。7.根据权利要求5所述的传感器,其中,所述第一内置光纤传感器和所述第二内置光纤传感器位于所述路径的所述第一段或所述路径的所述第二段中的至少一个中。8.根据前述权利要求中的任一项所述的传感...

【专利技术属性】
技术研发人员:德夫雷兹·穆罕默德·卡拉巴卡克巴斯蒂安·莫尔勃洛克日尔曼·恩里克·克诺珀斯
申请(专利权)人:辉固科技有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰,NL

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1