光纤光栅小量程渗压传感器制造技术

一种光纤光栅小量程渗压传感器，它包括管状支架和与之水密封的外壳，还有串联在一起的第一布拉格光纤光栅和第二布拉格光纤光栅，边缘固定设置于管状支架两端的波纹状膜片和特型膜片，所述波纹状膜片和特型膜片的中心分别固定设置于连杆两端，所述连杆上设置有平台，所述圆波纹状膜片和特型膜片与管状支架结合部水密封，所述管状支架与外壳的结合部水密封，所述管状支架上还设置有一端支承第一布拉格光纤光栅和第二布拉格光纤光栅连接部并使第一布拉格光纤光栅处于自由悬空状态的可调整架，所述可调整架的另一端和平台之间预紧地固定设置有第二布拉格光纤光栅，所述第二布拉格光纤光栅与外接光缆连接。本发明专利技术主要用于小压力检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及一种压力传感器，尤其是一种利用布拉格光纤光栅检 测渗水线和水位的水压传感器。
技术介绍
光纤光栅传感器是通过对光纤光栅的特殊封装使其对待测参量敏 感，并且通过光纤光栅波长的变化来测量待测参量的，如温度、压力、 来实现多点检测、实时检测。目前，光纤光栅传感器已被广泛应用于各 种建筑结构、航空航天、海洋探测等诸多科学研究领域，属于一种非常 先进的在线检测技术。在矿坝的浸润线的测量方面已有的光纤光栅水位传感器均是检测较 大量程，对较浅水位均不太准确且反应迟钝。所以在实际应用上一直未 有进展。已经有的一种光纤光栅传感器如图7;包括箱体26、栅格30、支板 29、膜片28、和光纤光栅7，箱体底部设有栅格，箱体内部设有支板， 支板上设有膜片，膜片上用胶粘有光纤光栅，光纤光栅通过光纤与光信 号解调装置连接。使用时把箱体放入测量位置，水经过底部栅格进入箱 体内，对支板产生一个压力，压力经膜片传递到光纤光栅上(专利号ZL 200720020682.8)。其缺点是由于采用光栅直接粘在膜上，膜在变形时 其中心点形变最大会造成波形信号变形展宽无法检测。沾在膜边又需要 更大的压力去使膜片变形更大。另外还有一种光纤光栅传感器如图8;壳体31由两部份组成，在两 部份之间安装有平膜片33，平膜片一侧的壳体上安装有透水石36，平膜 片上安装有传力杆34，平膜片另一侧安装有等强度梁32，等强度梁的两 侧粘贴有光纤光栅35，壳体上带有光纤引出构件(专利号ZL 200620021100. 3)。这种结构是:等强度梁的形变本身就需要较大的应力， 且又通过传力杆传导，等强度梁与传力杆是靠自身弹性接触这样就会产 生一定的机械间隙误差，为了抵消等强度梁、平膜片的弹力需要的压力 也较大。以上两种现有的光纤光栅传感器检测较小水位时其分辨率太低 不适于使用，并且自身体积较大检测的线性较差，精度低，因此一直不 能在实际应用中推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种矿坝实用的浸润线的监测光纤压力传 感器，并可适用于所有流体压强及温度的在线测量。本专利技术所采用的技术方案是它包括管状支架和与之水密封的外壳， 其特征是还有串联在一起的第一布拉格光纤光栅和第二布拉格光纤光栅，边缘固定设置于管状支架两端的波纹状膜片和特型膜片，所述波纹 状膜片和特型膜片与管状支架结合部水密封，所述管状支架与外壳的结 合部水密封，所述管状支架上还设置有一端支承第一布拉格光纤光栅和 第二布拉格光纤光栅连接部并使第一布拉格光纤光栅处于自由悬空状态 的可调整架，所述波纹状膜片和特型膜片的中心分别固定设置于连杆两 端，所述连杆上设置有平台，所述可调整架的另一端和平台之间预紧地 固定设置有第二布拉格光纤光栅，所述第二布拉格光纤光栅与外接光缆 连接。所述外接光缆为错装光缆。在所述连杆上设置有微动调整结构。所述微动调整结构是在所述连 杆上设置有外螺纹和与之配合的调整螺母，在所述管状支架上设置有套 装在连杆上的弹簧支座，在所述弹簧支座和调整螺母之间的连杆上套装 有弹簧。微动调整结构可以用来调整波纹膜片的受力情况引导变形方向 并抵消特型膜片的弹力，并可以在一定范围内调整波纹膜片的变形量从 而使每个探头的检测系数一致，如当两个探头全放在十米深水中时，一个探头送出光的波长变化量是lnm，另一个探头送出的光的波长变化量 是2nm时，可以通过调整调整螺母改变调整弹簧的受力状况来改变双联 膜片的应力状况,使两个探头的变化全是2nm。可调整架即用来调整第二布拉格光栅13的初始状态也是进行温度 调整的结构。所述可调整架的材料为铝合金。光纤光栅受温度的影响是 非常严重的问题，因此必须采用温度补偿，本结构利用材料的热膨胀系数 的不同来进行补偿。可调整架是用铝合金制作，其热膨胀系数是不锈钢的 2. 1倍，可调整架固定在支架上，用来补偿可调整架和连杆上的平台之 间的金属材料在受温度影响时的变化量。在所述外壳前端部设置有探头膜片保护结构。所述探头膜片保护结 构包括保护罩以及内置于保护罩中的不锈钢烧结过滤网和定位挡圈，所 述保护罩上设置通孔。保护罩前端为锥体，后部为圆柱体，保护罩后部 通过螺纹连接到外壳上。所述外壳后端设置有防水结构。所述防水结构包括设置于外壳后部 的后盖，所述后盖和外壳结合部水密封，所述外壳尾端螺纹连接光缆连 接头，铠装光缆通过光缆固定套固定在光缆连接头细端上，后盖的尾部 装有标准的直通底座，尼龙导气管通过锁紧螺母压紧在直通底座上,铠装 光缆从尼龙导气管，直通底座,锁紧螺母中穿出。通过外壳后端的防水结构形成防水室，防水室其实是一个传感器与 大气连通环节中的缓冲空间；检测10米左右水深或0. 1Mp的小量程的渗 压传感器其传感器内部必须与外部空气接通，否则内部气压的影响会造 成无法正确检测。通过这一系列的组合形成一个特定的防水室，潮湿空 气在导气管内冷凝成水滴后会被挡在防水室内，不会进入传感器内部造 成损坏。本专利技术的有益效果是:通过两个膜片与连杆和筒形支架的结构成功的改变了光纤光栅的波长变化方向，既可以使波长由短往长变化。重要的 是解决了薄的膜片在用传力杆传导变形量时容易发生径向的位移造成光 波长变化无规律的问题，解决了光纤光栅传感器无法检测小压力和低水 位、负压力的局限性，本专利技术不仅从原理上解决了这些问题，而且克服 了电子的同类产品的潮湿空气中传感器内部凝结问题大大延长拉传感器 的使用年限。并且在国内使光纤光栅传感器在矿坝的浸润线检测上第一 次可以大规模推广与应用。附图说明图1 传感器整体结构原理图2 传感器三维立体结构分解图3 双联膜片的结构形式；图4 特型膜片形状图5 微动调整结构的局部放大图6 可调整架形状图7 直接膜片式光纤光栅渗压传感器的示意图8 等臂梁式光纤光栅渗压传感器示意图9 探头膜片保护结构示意图； 在图中1、保护罩；2、过滤网；3、定位挡圈；4、圆形波纹膜片；5、 管状支架；6、密封0型圈；7、第一布拉格光纤光栅；8、可调整架固定 螺钉；9、可调整架。10、连杆；11、外壳；12、弹簧支座；13、第二布 拉格光纤光栅；14、弹簧；15、垫圈；16、调整螺母；17、密封0型亂;18、特型膜片；19、光纤保护软管；20、光缆连接头；21、后盖；22、光缆固定套；23、直通底座；24、.锁紧螺母；25、尼龙导气管；36、外接光缆；N 、平台；C、保护罩上透水孔。26、箱体；27、光纤；28、膜片；29、支板；30、栅格；31、壳体；32、等强度梁；33、平膜片；34、传力杆；35光纤光栅。具体实施例方式如图1所示， 一种光纤光栅小量程渗压传感器，它包括管状支架5和与 之水密封的外壳11，还有串联在一起的第一布拉格光纤光栅7和第二布 拉格光纤光栅13，边缘固定设置于管状支架5两端的圆形波纹状膜片4 和特型膜片18，所述圆形波纹状膜片4和特型膜片18的中心分别固定 设置于连杆10两端，所述连杆10上设置有平台N，所述圆形波纹状膜 片4和特型膜片18与管状支架5结合部水密封，所述管状支架5与外壳 11的结合部水密封，所述管状支架5上还设置有一端支承第一布拉格光 纤光栅7和第二布拉格光纤光栅13连接部并使第一布拉格光纤光栅7处 于自由悬空状态的可调整架9，所述可调整架9的另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅小量程渗压传感器，它包括管状支架和与之水密封的外壳，其特征是还有串联在一起的第一布拉格光纤光栅和第二布拉格光纤光栅，边缘固定设置于管状支架两端的波纹状膜片和特型膜片，所述波纹状膜片和特型膜片的中心分别固定设置于连杆两端，所述连杆上设置有平台，所述圆波纹状膜片和特型膜片与管状支架结合部水密封，所述管状支架与外壳的结合部水密封，所述管状支架上还设置有一端支承第一布拉格光纤光栅和第二布拉格光纤光栅连接部并使第一布拉格光纤光栅处于自由悬空状态的可调整架，所述可调整架的另一端和平台之间预紧地固定设置有第二布拉格光纤光栅，所述第二布拉格光纤光栅与外接光缆连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周忠，王昌，刘统玉，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]