一种光纤光栅液体压力测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种光纤光栅液体压力测量装置及方法，涉及液体压力传感器技术领域，包括壳体、第一光纤光栅组件和第二光纤光栅组件；第一光纤光栅组件包括第一隔离部件、第一力传导组件、第一梁氏弹性体、第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器；第一隔离部件与第二隔离部件之间形成容液腔；第一隔离部件的远离容液腔的端面上设置第一力传导组件；第一力传导组件的远离第一隔离部件的端面与第一梁氏弹性体的端面相邻；第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器对称设置在第一梁氏弹性体的两个端面上；第二光纤光栅组件与第一光纤光栅组件的结构相同。本发明专利技术达到压力测量精度高、抗电磁干扰强且工作稳定的效果。电磁干扰强且工作稳定的效果。电磁干扰强且工作稳定的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅液体压力测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及液体压力传感器
，特别是涉及一种光纤光栅液体压力测量装置及方法。

技术介绍

[0002]液体压力是反映液压管路工况的主要参数，关系着整个液压系统的功能。在某项目中需进行试验台液压系统的工作压力实时监测，试验环境温度(25
±
10)℃的情况下进行，工作介质为航空液压油，液压系统的工作压力范围为0
‑
28MPa，允许工作介质的温度比环境温度升高10℃。
[0003]现阶段液压管路的压力测量主要为机械式和电学式压力传感器。机械式压力传感器通常以机械结构件为主，但测量点单一且不能进行数据的实时传输，无法实现液压管路压力的长期实时监测。电学式压力传感器一般采用电阻、电容等为压力敏感元件，但这类压力传感器输出通常为电压、电流信号极易受到电磁干扰的影响，会影响压力测量精度。而且在监测油路管道液压的恶劣工作环境下，会有较大的安全风险。在光纤光栅液体压力变送领域，已经有很多不同种类的产品，常见光纤光栅液体压力监测法例如聚合物封装式光纤光栅压力传感器、弹性薄片封装式光纤光栅压力传感器、薄壁圆筒封装式光纤光栅压力传感器。
[0004](1)聚合物封装式光纤光栅压力传感器：通常将光纤光栅用聚合物封装于厚壁圆通内，利用聚合物基底的带动作用，带动着光纤光栅形变来提高光纤光栅的压力灵敏度。其中，将光纤光栅封装于有机聚合物基底中，封装技术改变了光纤光栅压力和温度灵敏度的相对大小，光纤光栅对压力的灵敏度得到提高。但是光纤光栅压力传感器存在温度交叉敏感问题，外界温度的变化将对压力的测量产生一定的影响，但光纤光栅易受应变与温度的交叉耦合影响，因此在压力测量过程中必须进行温度补偿。
[0005](2)弹性薄片封装式光纤光栅压力传感器：将光纤光栅封装在圆柱体空腔内，通过一平面圆形薄片将其压力响应引起的形变直接转换为光纤光栅的轴向应变，以此实现高灵敏度的压力信号检测。由于FBG(FiberBragg Grating，光纤布拉格光栅)受到拉伸以及本身的弹光效应，再转化为FBG中心反射波长的变化，由此实现高灵敏度的信号检测。其中，由于光纤光栅被封装在圆柱体空腔内，腔体内部温度随环境的变化时一个缓变的过程。温度的变化对传感的影响主要是通过热效应，引起圆柱形壳体线性膨胀，从而改变光纤光栅的物理长度和调制周期，引起中心波长的漂移，温度的变化将对压力的测量产生一定的影响。
[0006](3)薄壁圆筒封装式光纤光栅压力传感器：将光纤光栅沿径向粘贴在薄壁腔体中部的V型槽内，应变圆筒在受到压力时将在轴向和径向发生应变，轴向应变带动光纤光栅的形变，实现压力信号检测。其中，应变圆筒在受到压力时将在轴向和径向发生应变，为使光栅与测压管紧密结合，同时避免在筒体外壁直接刻槽导致的感压段筒体厚度增加的问题，特在测压管壁上加工一个V型固定槽。传感器封装时，应变光栅沿径向粘贴在薄壁腔体中部的V型槽内，温度补偿光栅粘贴在传感器尾端厚壁处，但薄壁圆筒与两种材料组成的被动温
度补偿套筒的形变共同制约光纤光栅波长变化，不同材料具有不同的热膨胀系数，因而此结构的不确定性误差较大，灵敏度不够高。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种光纤光栅液体压力测量装置及方法，达到压力测量精度高、抗电磁干扰强且工作稳定的效果。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]一种光纤光栅液体压力测量装置，包括壳体、第一光纤光栅组件和第二光纤光栅组件；所述第一光纤光栅组件和所述第二光纤光栅组件均设置在所述壳体内；
[0010]所述第一光纤光栅组件包括第一隔离部件、第一力传导组件、第一梁氏弹性体、第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器；所述第二光纤光栅组件包括第二隔离部件、第二力传导组件、第二梁氏弹性体、第三光纤光栅传感器和第四光纤光栅传感器；
[0011]所述第一隔离部件与所述第二隔离部件之间形成容液腔；所述第一隔离部件的远离所述容液腔的端面上设置所述第一力传导组件；所述第一力传导组件的远离所述第一隔离部件的端面与所述第一梁氏弹性体的端面相邻；所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器对称设置在所述第一梁氏弹性体的两个端面上，且所述第二光纤光栅传感器与所述第一力传导组件位于所述第一梁氏弹性体的同一侧；
[0012]所述第二光纤光栅组件与所述第一光纤光栅组件的结构相同；
[0013]工作时，所述容液腔内容纳待测液体，在所述待测液体的压力作用下，所述第一隔离部件带动所述第一力传导组件，向所述第一梁氏弹性体的方向移动，同时所述第二隔离部件带动所述第二力传导组件，向所述第二梁氏弹性体的方向移动；所述第一力传导组件施加作用力于第一梁氏弹性体上，使得所述第一梁氏弹性体发生形变，并带动所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器发生形变；所述第二力传导组件施加作用力于第二梁氏弹性体上，使得所述第二梁氏弹性体发生形变，并带动所述第三光纤光栅传感器和所述第四光纤光栅传感器发生形变。
[0014]可选地，所述第一力传导组件包括第一楔形体和第一半球型体；
[0015]所述第一楔形体设置在所述第一隔离部件的远离所述容液腔的端面上；所述第一半球型体设置在所述第一楔形体的远离所述第一隔离部件的端面上，且所述第一半球型体的弧形表面与所述第一梁氏弹性体的端面相邻。
[0016]可选地，所述第一梁氏弹性体包括固定端和自由端；
[0017]所述固定端固定设置在所述壳体上，所述自由端与所述第一半球型体的弧形表面相邻；
[0018]在未受到所述第一半球型体施加的作用力时，所述固定端和所述自由端所在的平面与所述壳体的表面垂直；在受到所述第一半球型体施加的作用力时，所述自由端发生移动。
[0019]可选地，所述第一光纤光栅组件还包括第一限位块、第二限位块和第三限位块；
[0020]所述第一限位块设置在所述第一梁氏弹性体的远离所述第一力传导组件的一侧，所述第一限位块用于限制所述第一梁氏弹性体的自由端的移动距离；
[0021]所述第二限位块和所述第三限位块设置在所述容液腔内，所述第二限位块与所述
第三限位块位于同一平面上，且所述第二限位块与所述第三限位块所在的平面与所述第一隔离部件的端面平行；所述第二限位块和第三限位块用于限制所述第一隔离部件向所述容液腔移动。
[0022]可选地，所述壳体上设置螺纹阻尼孔；所述螺纹阻尼孔用于向所述容液腔内注入待测液体。
[0023]可选地，第一光纤光栅组件还包括第一密封端盖；
[0024]所述第一密封端盖设置在所述第一梁氏弹性体的远离所述第一力传导组件的一侧。
[0025]为达上述目的，本专利技术还提供了如下技术方案：
[0026]一种光纤光栅液体压力测量方法，应用于光纤光栅液体压力测量装置，方法包括：
[0027]获取第一梁氏弹性体上的力载荷灵敏度和第一隔离组件的截面积；
[0028]在容液腔内容纳待测液体之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅液体压力测量装置，其特征在于，装置包括壳体、第一光纤光栅组件和第二光纤光栅组件；所述第一光纤光栅组件和所述第二光纤光栅组件均设置在所述壳体内；所述第一光纤光栅组件包括第一隔离部件、第一力传导组件、第一梁氏弹性体、第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器；所述第二光纤光栅组件包括第二隔离部件、第二力传导组件、第二梁氏弹性体、第三光纤光栅传感器和第四光纤光栅传感器；所述第一隔离部件与所述第二隔离部件之间形成容液腔；所述第一隔离部件的远离所述容液腔的端面上设置所述第一力传导组件；所述第一力传导组件的远离所述第一隔离部件的端面与所述第一梁氏弹性体的端面相邻；所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器对称设置在所述第一梁氏弹性体的两个端面上，且所述第二光纤光栅传感器与所述第一力传导组件位于所述第一梁氏弹性体的同一侧；所述第二光纤光栅组件与所述第一光纤光栅组件的结构相同；工作时，所述容液腔内容纳待测液体，在所述待测液体的压力作用下，所述第一隔离部件带动所述第一力传导组件，向所述第一梁氏弹性体的方向移动，同时所述第二隔离部件带动所述第二力传导组件，向所述第二梁氏弹性体的方向移动；所述第一力传导组件施加作用力于第一梁氏弹性体上，使得所述第一梁氏弹性体发生形变，并带动所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器发生形变；所述第二力传导组件施加作用力于第二梁氏弹性体上，使得所述第二梁氏弹性体发生形变，并带动所述第三光纤光栅传感器和所述第四光纤光栅传感器发生形变。2.根据权利要求1所述的光纤光栅液体压力测量装置，其特征在于，所述第一力传导组件包括第一楔形体和第一半球型体；所述第一楔形体设置在所述第一隔离部件的远离所述容液腔的端面上；所述第一半球型体设置在所述第一楔形体的远离所述第一隔离部件的端面上，且所述第一半球型体的弧形表面与所述第一梁氏弹性体的端面相邻。3.根据权利要求2所述的光纤光栅液体压力测量装置，其特征在于，所述第一梁氏弹性体包括固定端和自由端；所述固定端固定设置在所述壳体上，所述自由端与所述第一半球型体的弧形表面相邻；在未受到所述第一半球型体施加的作用力时，所述固定端和所述自由端所在的平面与所述壳体的表面垂直；在受到所述第一半球型体施加的作用力时，所述自由端发生移动。4.根据权利要求3所述的光纤光栅液体压力测量装置，其特征在于，所述第一光纤光栅组件还包括第一限位块、第二限位块和第三限位块；所述第一限位块设置在所述第一梁氏弹性体的远离所述第一力传导组件的一侧，所述第一限位块用于限制所述第一梁氏弹性体的自由端的移动距离；所述第二限位块和所述第三限位块设置在所述容液腔内，所述第二限位块与所述第三限位块位于同一平面上，且所述第二限位块与所述第三限位块所...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，李娟，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：