一种增敏型光纤光栅压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种增敏型光纤光栅压力传感器，包括壳体，壳体上下位置均安装密封盖，壳体和密封盖形成的腔体内设有两组锥形筒体，锥形筒体之间设有圆形环膜，圆形环膜上设有传感元件；壳体、锥形筒体以及圆形环膜对应位置均设有通孔，传感元件两端从通孔处引出；圆形环膜部件为塑料材质，密封盖、壳体以及锥形筒体为铝合金材质。本发明专利技术中提出了一种由密封盖、外壁壳体、锥形筒体以及圆形环膜组成的压力传感器结构，放大了由传感器受到载荷而产生的变形，使得传感器的监测精度和灵敏度更高；对整个传感器的部件材质进行更换和组合，可根据实际测量是对形变量以及抗压能力的需求，选择不同的材质，扩大传感器的使用范围。扩大传感器的使用范围。扩大传感器的使用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种增敏型光纤光栅压力传感器


[0001]本专利技术属于压力传感器
，尤其是涉及一种增敏型光纤光栅压力传感器。

技术介绍

[0002]光纤光栅压力传感器凭借其良好的抗腐蚀、抗电磁干扰以及传输性能，成为了目前市面上首选传感器形式。目前存在的压力传感器结构设计，往往采用同种材质制作，材质的单一致使应用环境较为局限；此外，现有的传感器的结构设计不合理，压力传感器的光栅设置在传感器内壁上，两侧的产生的压力应变传递至光栅处，光栅难以准确检测整体的应变；在受到压力时传感器本身产生的应变小，传感器导致传感器的灵敏度和精度更低。在已有的压力传感器应用中，由于传感器压力传递路径的不合理和材料使用的局限性，往往存在外部结构先发生破坏而内部传感元件完好，从而导致传感器失效的情况。例如期刊《激光与光电子学进展》2021年第58卷第11期公布的名称为：“光纤布拉格光栅土压力传感器”文章记载一种传感器，此种传感器基于增材制造技术制备，材质为塑料材质，结构强度低，压力测量范围较小。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术目的旨在提供一种抗震性能好、灵敏度高的增敏型光纤光栅压力传感器。
[0004]技术方案：本专利技术所述的增敏型光纤光栅压力传感器，包括壳体，壳体上下位置均安装密封盖，壳体和密封盖形成的腔体内设有两组锥形筒体，锥形筒体之间设有圆形环膜，圆形环膜上设有传感元件；壳体、锥形筒体以及圆形环膜同一高度位置设有通孔，传感元件两端从通孔处引出。
[0005]其中，所述传感元件包括光纤及两个串联在光纤上的光栅FBG1、光栅FBG2，光栅FBG1、光栅FBG2分别设置于圆形环膜直径1/2及1/4位置处。
[0006]其中，所述锥形筒体侧壁厚度沿半径减小的方向逐渐增大。
[0007]其中，所述密封盖内侧面设有凹槽，凹槽内设有圆环橡胶垫，凹槽与锥形筒体底部相契合。
[0008]其中，还包括与锥形筒体两侧通孔相连接的密封尾套，光纤的两端可由密封尾套穿出。
[0009]其中，所述密封盖与壳体通过螺纹连接。
[0010]其中，所述圆形环膜两侧和锥形筒体底部设有固定脚，锥形筒体安装于圆形环膜的内侧。
[0011]其中，所述圆形环膜部件为塑料材质或铝合金材质，密封盖、壳体以及锥形筒体为铝合金材质。
[0012]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下的显著优点：本专利技术中提出了一种由密封盖、外壁壳体、锥形筒体以及圆形环膜组成的压力传感器结构，放大了由传感器受到载
荷而产生的变形，使得传感器的监测精度和灵敏度更高；对整个传感器的部件材质进行更换和组合，可根据实际测量时对形变量以及抗压能力的需求，选择不同的材质，扩大传感器的使用范围。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的传感器内部结构示意图；
[0014]图2为本专利技术的传感器监测原理示意图；
[0015]图3为上下密封盖示意图；
[0016]图4为外壁壳体示意图；
[0017]图5为上下锥形筒体示意图；
[0018]图6为圆形环膜示意图；
[0019]图7为圆环橡胶垫示意图；
[0020]图8为密封尾套示意图。
具体实施方式
[0021]如附图1
‑
8所示，本专利技术包括密封盖1、外壁壳体2、锥形筒体3、圆形环膜4、传感元件5、圆环橡胶垫6和密封尾套7，密封盖1内侧刻有凹槽且翼缘设有螺纹，外壁壳体2两侧设有螺纹孔，上下翼缘设有螺纹，密封盖1和外壁壳体2组成密封壳体；密封壳体内设有锥形筒体3和圆形环膜4，锥形筒体3和圆形环膜4两侧设有小孔；上下锥型筒体3、圆形环膜4与密封盖1之间形成密封的腔室8，腔室8内设有传感元件5；密封尾套7与外壁壳体2两侧螺纹孔连接；圆形环膜4两侧和锥形筒体3底部设有固定脚11，分别在其固定脚沿直径方向开设小孔，以小孔对其为基础，使固定脚11顶住上下锥型筒体3，由此加强了锥型筒体3的固定效果，避免在实际使用过程中发生晃动。
[0022]同时，锥型筒体3、圆形环膜4与密封盖1之间形成密封的腔室8，该腔室8内设有传感元件5，该传感元件5包括光纤9和与光纤9连接的两个串联的光栅FBG1、光栅FBG2，两个串联的光栅分别位于圆形环膜直径1/2及1/4位置处。其中，光栅FBG1通过环氧树脂封装在圆形环膜4的中心处，而光栅FBG2则通过环氧树脂封装在圆形环膜4的中心偏左1/4处，同时光纤9的两端分别从锥型筒体3、圆形环膜4以及外壁壳体2的沿直径开孔处引出，并通过外部的密封尾套进行固定。锥型筒体3与密封盖1连接时，锥形筒体上部嵌入密封盖内侧凹槽固定位置，并通过凹槽内放置圆环橡胶垫6，以增强阻力防止两者相对滑动。锥型筒体3和圆形环膜4按小孔对齐，并在两者接触处用胶水来粘接。密封盖1和外壁壳体2按螺纹拧紧后，再用胶水粘接接口，防止接触处由于外部扰动发生松动。
[0023]此外在本专利技术中，相较于上述圆形环膜部件为塑料材质，其余部件为铝合金材质的传感器，该传感器结构的部件也可全部采用塑料材质，此类材质设计的传感器由于塑料材料强度低于金属材质，压力测量范围有所减小，但是传感器结构变形更大，可大幅提升灵敏度，可适用于软质物体和流体等压力测量环境；此外，由于全部采用塑料材质，可以采用3D打印设备进行快速、批量制作。相较于上述组合材质传感器和塑料材质传感器该传感器结构的部件也可全部采用铝合金材质或不锈钢材质，传感器由于全部部件都是金属材质，能够承受很大的压力荷载而不发生破坏，极大增强了存活率，并且传感器的量程得到了极
大的提升，但其受到较小压力时，由于变形较小，灵敏度也相应降低。因此金属材质的传感器可更好的适用于测量桩土压力等压力大，环境恶劣的应用环境。
[0024]本专利技术增敏型光纤光栅压力传感器的使用方法：包括以下步骤，对传感器的初始参数包括光栅FBG1、光栅FBG2的初始波长λ1‑0和λ2‑0，以及温度t0进行测量；在监测点布设传感器，对传感器及布设环境进行结构分析可得到：圆形环膜同时受到压力P与环境温度T的作用，其结构变形可分为，由于压力载荷作用导致的结构应变
△
ε
P1
、
△
ε
P2
和由于温度效应导致的结构温度变形
△
ε
T
，布设于圆形环膜上的测量光纤光栅产生波长变化为
△
λ
P1
、
△
λ
P2
；布设于圆形环膜4上的测量光纤光栅产生波长变化
△
λ
P1
、
△
λ
P2
表示为：
[0025]△
λ
P1
＝k1*
△
ε
P1
+k
t
*
△
T1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3.1)
[0026]△
λ
P2
＝k2*...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增敏型光纤光栅压力传感器，包括壳体(2)，壳体(2)上下位置均安装密封盖(1)，其特征在于：壳体(2)和密封盖(1)形成的腔体内设有两组锥形筒体(3)，锥形筒体(3)之间设有圆形环膜(4)，圆形环膜(4)上设有传感元件(5)；壳体(2)、锥形筒体(3)以及圆形环膜(4)同一高度位置设有通孔，传感元件(5)两端从通孔处引出。2.根据权利要求1所述的一种增敏型光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述传感元件(5)包括光纤(9)及两个串联在光纤(9)上的光栅FBG1、光栅FBG2，光栅FBG1、光栅FBG2分别设置于圆形环膜(4)直径1/2及1/4位置处。3.根据权利要求2所述的一种增敏型光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述锥形筒体(3)侧壁厚度沿半径减小的方向逐渐增大。4.根据权利要求1所述的一种增敏型光纤光栅压力传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢广志，吴文婧，孙斌，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：