一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器。其包括活塞外壁、可承压活塞、充气调节装置、弹性气囊、弹性绳索、光纤光栅传感器和传输光纤；活塞外壁与活塞构成缸状的密闭气体外腔；弹性气囊位于密闭气体外腔内，形成密闭气体内腔；弹性绳索水平崩直经过弹性气囊的中心，其两端连接在弹性气囊内壁上；弹性绳索上还设有光纤光栅传感器；传输光纤一端连接光纤光栅传感器，另一端连接到光纤光栅解调仪上。与现有技术相比，本实用新型专利技术测量的压力可以是任何方向的，需要利用充气调节调零；利用气体压强来感应测量压力的改变，测量精度较高；充气调节装置的引入可以实现腔内气体压力可调，进而实现该传感器的量程可调。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于传感器
，具体来说，涉及到一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器。
技术介绍
传感器作为信息获取的重要手段，与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。传统的传感器多采用电量输出式传感器进行测量，存在测量精度不高、易受外界干扰而失效(水、电磁辐射)等问题。光纤光栅是20世纪90年代以来国际上新兴的一种有着广泛应用前景的、性能优良的反射滤波无源敏感元件，通过Bragg光栅反射波长的偏移来感应外界微小应变变化而实现对结构在线测量。其基本原理为：光纤光栅传感器是利用特殊技术在光纤中写入特殊结构形成的波长调制传感器。由耦合模理论可知，光纤光栅(FBG)的中心反射波长可表示为：λB＝2neffΛ式(1)式(1)中，neff为导模的有效折射率，Λ为光纤光栅的周期，neff和Λ受到温度和应变的影响。因此可以通过解调光纤光栅反射波长λB的偏移，对外界物理量的改变进行推算。光纤光栅传感器具有测试精度高，抗电磁干扰能力强，测量频带，易于布设、准分布式测量(阵列式布置)等多种优点，鉴于此，光纤光栅传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源、环保、工业控制、医药卫生、建筑交通等领。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提出了一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，该压力传感器测量精度高、可以测量各个方向上的压力。本技术所述的一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，所述传感器包括活塞外壁101、可承压活塞102、充气调节装置103、弹性气囊104、弹性绳索105、光纤光栅传感器106和传输光纤107；活塞外壁101与活塞102构成缸状的密闭气体外腔；弹性气囊104位于密闭气体外腔内，形成密闭气体内腔；弹性绳索105水平崩直经过弹性气囊104的中心，其两端连接在弹性气囊104内壁上；弹性绳索105上还设有光纤光栅传感器106；传输光纤107一端连接光纤光栅传感器106，另一端连接到光纤光栅解调仪上。本技术所述的一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，所述可承压活塞102为金属外壳内设隔热夹层的结构。本技术所述的一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，所述可承压活塞102的上部有受力装置。本技术所述的一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，所述充气调节装置103由压力计和充气装置构成,能对密闭气体外腔和密闭气体内腔进行充气，实现整个传感器的量程可调，同时实现该压力传感器传感器的调零。本技术所述的一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，所述密闭气体外腔和密闭气体内腔内的气体相同。本技术所述的一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，所述密闭气体外腔的上部端口设有卡子，限制可承压活塞102的滑动的最上端。工作原理：活塞外壁101与可承压的活塞102构成密闭气体外腔；弹性气囊104构成密闭气体内腔。可承压活塞102的将上表面接收的垂直压力转变为密闭气体外腔的气压变化，同时密闭气体内腔的气压发生变化，进而使弹性气囊104发生形变引起弹性绳索105的伸缩，利用布置在弹性绳索105上的光纤光栅传感器106可以测量弹性绳索105的变形量，最后利用光纤光栅传感器106的反射光波长偏移值来推算可承压活塞102上测量压力的变化值。通过充气调节装置103可以同时向密闭气体外腔和密闭气体内腔冲气，并进行调零，可以增大密闭气体腔内的气体压强，进而改变了该传感器的量程，测量更大的测量压力。与现有技术相比，本技术所述的基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器具有如下特点：测量的压力可以是任何方向的，需要利用充气调节调零；利用气体压强来感应测量压力的改变，测量精度较高；充气调节装置的引入可以实现腔内气体压力可调，进而实现该传感器的量程可调。附图说明图1是本技术所述的传感器示意图；活塞外壁-101、可承压活塞-102、充气调节装置-103、弹性气囊-104、弹性绳索-105、光纤光栅传感器-106、传输光纤-107。具体实施方式下面结合具体的实施例对本技术所述的传感器做进一步说明，但是本技术的保护范围并不限于此。实施例1一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，包括活塞外壁、可承压活塞、充气调节装置、弹性气囊、弹性绳索、光纤光栅传感器、传输光纤。所述活塞外壁与可承压活塞构成密闭的气体腔，承受外界压力；弹性气囊固定在活塞内部，随着活塞的伸缩可以自由涨大缩小；光纤光栅固定在弹性气囊外部的弹性绳索上，随着气囊的自由形变产生形变。活塞外壁采用金属外壳加隔热内层的结构，活塞接触部位尽可能光滑，调零装置的接入口、传输光纤的输出口密闭，防止整个结构失压。活塞外壁的上部端口有卡子，限制活塞的滑动的最上端。可承压活塞采用金属外壳加隔热夹层的结构，活塞与外壁的应光滑接触，尽可能自由滑动。可承压活塞上部有受力装置，可以平稳接受来自上部的垂直应力作用。充气调节装置由压力计和充气装置构成，可以对活塞腔内和弹性气囊内进行充气，实现整个传感器的量程可调，同时实现该传感器的调零。弹性气囊充满于活塞腔内同样的气体，气囊可调根据气体压力自由涨缩。弹性绳索缠绕在弹性气囊的一个赤道平面上，可以随着弹性气囊大小的变化，自由伸缩；该绳索应不影响弹性气囊的自由形变。光纤光栅传感器安置在弹性绳索上，随着弹性绳索的伸缩而产生自由形变，实现光纤光栅反射波长的偏移。传输光纤连接光纤光栅传感器和光纤光栅解调仪，实现光信号的传输。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，所述传感器包括活塞外壁(101)、可承压活塞(102)、充气调节装置(103)、弹性气囊(104)、弹性绳索(105)、光纤光栅传感器(106)和传输光纤(107)；活塞外壁(101)与活塞(102)构成缸状的密闭气体外腔；弹性气囊(104)位于密闭气体外腔内，形成密闭气体内腔；弹性绳索(105)水平崩直经过弹性气囊(104)的中心，其两端连接在弹性气囊(104)内壁上；弹性绳索(105)上还设有光纤光栅传感器(106)；传输光纤(107)一端连接光纤光栅传感器(106)，另一端连接到光纤光栅解调仪上。

【技术特征摘要】
1.一种基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，所述传感器包括活塞外壁(101)、可承压活塞(102)、充气调节装置(103)、弹性气囊(104)、弹性绳索(105)、光纤光栅传感器(106)和传输光纤(107)；活塞外壁(101)与活塞(102)构成缸状的密闭气体外腔；弹性气囊(104)位于密闭气体外腔内，形成密闭气体内腔；弹性绳索(105)水平崩直经过弹性气囊(104)的中心，其两端连接在弹性气囊(104)内壁上；弹性绳索(105)上还设有光纤光栅传感器(106)；传输光纤(107)一端连接光纤光栅传感器(106)，另一端连接到光纤光栅解调仪上。2.根据权利要求1所述的基于往复式气动结构的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述可承压活塞(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵利军，缑龙，贾磊，白磊，周晓旭，张佳鹏，曹桂芳，刘志英，杨莹，郭晓澎，
申请(专利权)人：山西省交通科学研究院，山西省交通建设工程质量检测中心有限公司，
类型：新型
国别省市：山西;14