一种强度补偿的反射式光纤束差压传感器制造技术

一种强度补偿的反射式光纤束差压传感器，其特征在于：它包括两个结构相同的压力检测探头一（11）和探头二（12）以及用于向这两个探头中传输光源的入射光纤（42）和用于接收压力检测探头的发射光的接收光纤（41），入射光纤（42）和接收光纤（41）集合成光纤束（4）；这两个探头的探头壳体（112）内部固定设有一块弹性膜片（113），在探头中位于弹性膜片（113）的两面分别设有一个检测腔（111）和可供光纤束（4）插入探头中的的固定孔。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种强度补偿的反射式光纤束差压传感器，它通过检测流体产生的压力去冲击一块弹性膜片（113）的其中一面，同时用窄谱激光照弹性膜片（113）的另一面，使弹性膜片（113）发生变形，当弹性膜片（113）发生变形后，接收光纤（41）的输出光强度就会随之发生变化，通过检测出接收光纤（42）输出光强的变化量来判断检测流体对弹性膜片（113）造成的压力变化量。由于采用这样的方法，这种传感器传感准确度较高，性能可靠，且结构简单，体积质量均较小，制造成本也较低。【专利说明】一种强度补偿的反射式光纤束差压传感器
本技术涉及强度补偿的反射式光纤束差压传感器，属于传感器
。
技术介绍
差压传感器DPS (Differential Pressure Sensor)是一种用来测量两个压力之间差值的传感器，通常用于测量某一设备或部件前后两端的压差。近年来，差压传感器在微流量测量、泄露测试、洁净间监测、环境密封性检测、气体流量测量、液位高低测量等许多高精度测量场合都有着广泛的应用。现今国内外对差压传感器的研究主要集中于传统的压阻式差压传感器与电容式差压传感器。压阻式差压传感器结构简单，工作端面平整，但其灵敏度与频率响应之间存在着比较突出的矛盾，且温度对此种传感器的性能影响也比较大。电容式传感器灵敏度高，动态响应特性好，抗过载能力强，但它存在寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响，以及与传感器连接的电路比较复杂等缺点，影响到它的应用可靠性，因此限制了它的广泛应用。正是由于传统差压传感器的诸多不足，国内外开始对一些新型的差压传感器进行了研究，董国强等对利用磁性液体的一种微差压传感器进行了研究，依靠磁性液体在压力作用下的位移过程产生电信号，来实现对压力的检测，其在应用中具有局限性；台湾的Hao-Jan Sheng等、美国的Jose.L.A.V等人各自提出了一种基于布拉格光栅的光纤差压传感器结构，这种光纤光栅差压传感器的灵敏度较高，但结构复杂且成本很高，不利于推广。而强度调制作为光纤传感器技术中用得最广泛的一种调制方法，得到了一些学者的研究，但对基于强度调制的光纤差压传感器的研究文献很少，日本的Seiichiro Kinugasa提出了一种反射式光纤差压传感器的构思，利用反射面与光纤距离的变化来检测外部压力差的情况；佟成国等设计了一种双C型弹簧管的光纤差压传感器，依据强度调制原理在两个双C型弹簧管内对压差进行检测。但现有技术依然没有解决传感器的实现、探头结构参数的合理性、反射面的工作状态、误差的补偿等许多关键因素带来的问题，因此现有技术中该类传感器结构十分复杂，且性能不够可靠，加工制造成本也很高，而且通常体积大，十分沉重，使用起来不方便，还存在很大的改进空间。这是现有技术存在的第一个技术问题。另外，传感器探头在工作中要稳定可靠，不易受到外界碰撞、振动等因素的干扰，同时为了保护探头内的敏感元件、避免由于探头本身结构的差异带来的误差，必须对探头进行封装，而传感器探头的封装，这是现有技术存在的第二个技术问题。对于强度调制原理的反射式光纤差压传感器而言，不同探头的输出光强度势必会受到背景光、光纤长度、光纤弯曲度、耦合器件等影响，从而使检测结果存在较大误差，这是现有技术存在的第三个技术问题。
技术实现思路
为解决现有技术存在的三个问题，必须从传感器探头结构、传感器封装以及探头输出光的光强度补偿着手。为此，可以从以下三个方面来实现这样的目的。为解决传感器结构复杂、性能不够可靠、以及加工成本高和体积质量大等问题，拟采用这样的一种强度补偿的反射式光纤束差压传感器，这种传感方法的要点在于，它通过用于衡量被测物产生压力的检测流体(如液压油)来进行传感，使这种检测流体产生的压力去冲击一块弹性膜片的其中一面，使弹性膜片发生变形；弹性膜片的另一面用入射光纤中的窄谱激光照射，并用接收光纤来接收反射光；这样，当弹性膜片发生变形后，由于反射角度发生变化，反射光随之发生变化，导致接收光纤的输出光强度就会随之发生变化，这样通过检测出接收光纤输出光强的变化量来判断检测流体对弹性膜片造成的压力变化量。这样，就可以通过便于测量的光强变化，来判断不易测量的压力变化，从而确定不同的被测物的压力差值，实现差压传感的目的。作为一种优选方式，检测流体通过流入一个检测腔的方式对弹性膜片产生压力，弹性膜片设置在检测腔中并在检测腔中检测流体流入的方向形成封闭的屏障。检测腔是封闭的，但在面向被测物的方向设有一个开口，当检测流体从检测腔的开口涌入检测腔，就会对检测腔中的弹性膜片产生液体压力，从而造成弹性膜片的变形。当腔内的介质环境改变时，弹性膜片会由于受到压力而产生变形，最好是检测腔内的介质是处于一种均匀分布的情况，因此其对整个薄膜的表面就会产生一个均匀分布的载荷。采用这样一个检测腔，可以使检测流体产生的液体压力均匀而准确地使弹性膜片产生变形，提高检测传感的精度。为了避免弹性膜片在受到检测流体产生的压力时边缘发生位移，可以采用一个传感器探头壳体将所述弹性膜片紧固在其上，传感器探头壳体可以与检测腔采用整体式结构，弹性膜片固定设置在传感器探头壳体与检测腔之间。由于弹性膜片被牢固固定，不管检测流体对其造成的液体压力多大，都只会使其面上发生弹性变形，而不会使其边缘发生位移，这样防止因薄片被流体冲击而破换传感器。另外，入射光通过传感器探头壳体内的固定孔向弹性膜片照射。固定孔与弹性膜片的表面呈垂直状态，可以确保当入射光纤、接收光纤或二者形成的光纤束的入射光照射角度或反射角度不会随意偏移。为了使传感器具有较好的静态性能，那么弹性膜片在受压变形时产生的绕度就会很小，考虑到传感器结构弹性膜片的具体工作状况，综合各种材料的性能，优选35CrMnSi材料进行薄片的制备。该材料又称低合金超高强度钢，热处理后具有良好的综合力学性能，高强度，足够的韧性，淬透性、焊接性(焊前预热)、加工成形性均较好，但其耐蚀性和抗氧化性能较一般，使用温度通常不高于200°C，一般是低温回火或等温淬火后使用。基于前述的这种传感方法，可以采用这样一种强度补偿的反射式光纤束差压传感器，它包括两个结构相同的压力检测探头以及用于向该压力检测探头中传输光源的入射光纤和用于接收压力检测探头的发射光的接收光纤，而入射光纤和接收光纤在固定孔中会集形成光纤束。该压力检测探头内部固定设有一块弹性膜片，在该压力检测探头中位于弹性膜片的两面分别设有一个检测腔和可供光纤束插入探头中的固定孔。检测腔用于检测流体流入其内并对弹性膜片产生液体压力。检测腔设有至少一个可供检测流体流入其中的检测流体入口。最好是这样的:传感器设有两个光源，假定为S1、S2，两个检测探头一、探头二，两个光电探测器D1、D2，四个一分二的光纤耦合器，及入射光纤与反射光纤集合成束的光纤束结构组成。传感器光源选用半导体激光器，该激光器具有很窄的输出光谱线宽和出色的边模抑制比，其输出峰值波长为1310nm。光电探测器选用PIN光电二极管,该光电二极管工作波长范围为IlOOnm?1650nm，暗电流最大为InA，光响应度最小为0.85A/W，响应时间0.1ns0这样使得光源与光电探测器两元件的光谱特性匹配较好。光源发出的光耦合到入射光纤内，通过入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强度补偿的反射式光纤束差压传感器，其特征在于：它包括两个结构相同的压力检测探头一（11）和探头二（12）以及用于向这两个探头中传输光源的入射光纤（42）和用于接收压力检测探头的发射光的接收光纤（41），入射光纤（42）和接收光纤（41）集合成光纤束（4）；这两个探头的探头壳体（112）内部固定设有一块弹性膜片（113），在探头中位于弹性膜片（113）的两面分别设有一个检测腔（111）和可供光纤束（4）插入探头中的的固定孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡浩，钟丽琼，周潜，张大斌，曹阳，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：实用新型
国别省市：