一种基于光纤光栅的压强传感器及压强检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于光纤光栅的压强传感器及压强检测方法，所述传感器包括：压强传感器主体，压强传感器主体为底部封闭且顶部设有开口；压强感知薄膜，压强感知薄膜蒙设在压强传感器主体的顶部开口上；压强感知薄膜随压强传感器主体中腔体内外的压强差发生形变；光纤光栅传感器，沿径向粘贴设置在压强感知薄膜上，光纤光栅传感器的光栅设置在压强感知薄膜的中心。所述压强检测方法将压强传感器置于待测环境中，检测得到待测布拉格波长变化量，将待测布拉格波长变化量代入标准压强函数计算得到待测环境的压强。本发明专利技术在测量压强时能够不受环境因素影响，同时测量的结果更精准。同时测量的结果更精准。同时测量的结果更精准。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅的压强传感器及压强检测方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种基于光纤光栅的压强传感器及压强检测方法。

技术介绍

[0002]压强传感器广泛地应用于气象、军事、航空、航海、农业、测量、地质、工矿企业和科研等领域。传统压强传感器多为电子式的，但在面对特殊环境时无法保证测量的准确性。例如在强电磁电场环境下会存在电磁干扰的问题，在面积大的环境下存在无法长期实时在线监测的问题，在温度变化快的环境下会出现温度漂移大的问题，这些问题都会影响传统压强传感器的测量精度。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于光纤光栅的压强传感器及压强检测方法，以解决现有压强传感器测量结果易受环境影响且测量精度低、分辨率差的问题。
[0004]本专利技术的一个方面提供了一种基于光纤光栅的压强传感器，包括：
[0005]压强传感器主体，所述压强传感器主体为底部封闭且顶部设有开口的腔体；
[0006]压强感知薄膜，所述压强感知薄膜蒙设在所述压强传感器主体的顶部开口上，以封闭所述顶部开口；所述压强感知薄膜随所述压强传感器主体中腔体内外的压强差发生形变，当所述腔体内压高于外压时所述压强感知薄膜向外凸起，当所述腔体内压低于于外压时所述压强感知薄膜向内凹陷；保持所述压强感知薄膜在不发生形变的情况下，在所述压强传感器主体和所述压强感知薄膜内部填充预设介质，并记录内部压强为预设标准压强；
[0007]光纤光栅传感器，沿径向粘贴设置在所述压强感知薄膜上，所述光纤光栅传感器的光栅设置在所述压强感知薄膜的中心；
[0008]所述压强感知薄膜受外部压强的变化发生凸起或凹陷，导致所述压强感知薄膜表面应力变化，所述光纤光栅传感器将所述应力变化转化为布拉格波长变化，以通过检测反射光的波长确定布拉格波长，并根据所述布拉格波长的变化量和所述预设标准压强计算对应的检测压强值。
[0009]在一些实施例中，所述压强传感器主体由不锈钢材料制作而成，所述压强传感器主体的不锈钢腔体壁厚大于等于5mm。
[0010]在一些实施例中，当测量气体压强时，所述压强传感器主体内填充惰性气体，所述惰性气体为氦气或氩气。
[0011]在一些实施例中，当测量液体压强时，所述压强传感器主体内填充去离子水。
[0012]在一些实施例中，当测量的液体为油时，所述压强传感器主体内填充煤油。
[0013]在一些实施例中，所述压强感知薄膜采用纯钛、TC4钛合金或铍青铜制成。
[0014]在一些实施例中，所述压强感知薄膜为聚酰亚胺薄膜。
[0015]在一些实施例中，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为0.3
‑
1mm。
[0016]本专利技术的另一个方面提供了一种压强检测方法，包括：
[0017]获取关于传感器标准内部压强、各预设标准压强及各预设标准压强对应的布拉格波长变化量的标准压强函数；
[0018]将所述基于光纤光栅的压强传感器置于待测环境中，并检测得到待测布拉格波长变化量，将所述待测布拉格波长变化量代入所述标准压强函数计算得到待测环境的压强。
[0019]在一些实施例中，获取关于传感器标准内部压强、各预设标准压强及各预设标准压强对应的布拉格波长变化量的标准压强函数之前，还包括：
[0020]将所述基于光纤光栅的压强传感器置于多个预设标准压强环境下，并分别检测各预设标准压强对应的布拉格波长变化量；
[0021]获取所述基于光纤光栅的压强传感器中，压强感知薄膜不发生形变时内部的传感器标准内部压强；
[0022]根据所述传感器标准内部压强、各预设标准压强的压强值及各预设标准压强对应的布拉格波长变化量拟合得到标准压强函数。
[0023]本专利技术的有益效果至少是：
[0024]本专利技术所述基于光纤光栅的压强传感器及压强检测方法，在外界环境压力作用下与内部预设标准压强形成压差，使得压强感知薄膜发生向外凸起或向内凹陷的，采用光纤光栅传感器将压强感知薄膜的形变转化为布拉格波长变化，从而建立通过布拉格波长变化与压强变化的映射关系，以实现对外部压强的监测。光纤光栅传感器具有抗干扰、灵敏度高、空间分辨率高、耐腐蚀等特性，所以本专利技术所述压强传感器在复杂的环境下也能够准确地测量出压强大小。
[0025]进一步地，压强传感器主体采用不锈钢材料，可以保证压强传感器主体在较大的压强差下不会损坏。
[0026]进一步地，采用聚酰亚胺薄膜作为压强感知薄膜，聚酰亚胺薄膜具有良好的弹性形变能力，使得光纤光栅传感器在相同的压强差下布拉格波长变化更显著，从而提高了压强传感器的灵敏度。同时由于聚酰亚胺薄膜良好的弹性形变能力，因此本专利技术基于光纤光栅的压强传感器能够在高海拔低压地区使用。
[0027]进一步地，本专利技术提供的基于光纤光栅的压强传感器结构简单，易于安装并且体积小重量轻，方便测量携带。
[0028]本专利技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本专利技术的实践而获知。本专利技术的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
[0029]本领域技术人员将会理解的是，能够用本专利技术实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本专利技术能够实现的上述和其他目的。
附图说明
[0030]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本专利技术的原理。为了便于示出和描述本专利技术的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本专利技术
实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
[0031]图1为本专利技术一实施例所述一种基于光纤光栅的压强传感器。
[0032]图2为本专利技术一实施例所述布拉格波长变化量与外部大气压的关系图。
[0033]100：压强传感器主体；200：压强感知薄膜；300：光纤光栅传感器。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本专利技术做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施方式及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0035]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0036]应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
[0037]在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
[0038]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的压强传感器，其特征在于，包括：压强传感器主体，所述压强传感器主体为底部封闭且顶部设有开口的腔体；压强感知薄膜，所述压强感知薄膜蒙设在所述压强传感器主体的顶部开口上，以封闭所述顶部开口；所述压强感知薄膜随所述压强传感器主体中腔体内外的压强差发生形变，当所述腔体内压高于外压时所述压强感知薄膜向外凸起，当所述腔体内压低于于外压时所述压强感知薄膜向内凹陷；保持所述压强感知薄膜在不发生形变的情况下，在所述压强传感器主体和所述压强感知薄膜内部填充预设介质，并记录内部压强为预设标准压强；光纤光栅传感器，沿径向粘贴设置在所述压强感知薄膜上，所述光纤光栅传感器的光栅设置在所述压强感知薄膜的中心；所述压强感知薄膜受外部压强的变化发生凸起或凹陷，导致所述压强感知薄膜表面应力变化，所述光纤光栅传感器将所述应力变化转化为布拉格波长变化，以通过检测反射光的波长确定布拉格波长，并根据所述布拉格波长的变化量和所述预设标准压强计算对应的检测压强值。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的压强传感器，其特征在于，所述压强传感器主体由不锈钢材料制作而成，所述压强传感器主体的不锈钢腔体壁厚大于等于5mm。3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的压强传感器，其特征在于，当测量气体压强时，所述压强传感器主体内填充惰性气体，所述惰性气体为氦气或氩气。4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的压强传感器，其特征在于，当测量液体压强时，所述压强传感器主体内填充去离子水。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周瑞，翟桐，杨方，
申请(专利权)人：北京精诚恒创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：