一种光纤光栅动高压传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光纤光栅动高压传感器，包括膜片体、支撑柱、含光栅的光纤、安装壳体、光纤护套和固定接头，膜片体固定在安装壳体前端后形成传感器的感压面，光栅沿轴向平行黏贴于支撑柱的内孔表面并在孔内充满填充胶，支撑柱的上端面与膜片体紧密接触，支撑柱的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面，套入光纤护套的光纤通过固定接头固定于安装壳体下端。其核心思想是利用支撑圆柱的受压变形，将外界压力转化为光栅（FBG）的应变变化，通过对应变的测量实现对压力的感知。本实用新型的传感器结构坚固，耐高温，耐强冲击振动，不受电磁干扰，特别适合于爆炸等恶劣环境下使用，同时传感器制作方便快捷，成本低。
【专利说明】一种光纤光栅动高压传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光纤传感【技术领域】，特别是涉及一种大量程的基于光纤光栅的高压力高频响传感器。
【背景技术】
[0002]在国民经济和国防建设领域，特别是军工生产和战略战术武器研制的爆炸试验方面，经常需要对高压力进行测量，高压力尤其是动态高压的测试是武器弹药研制、航空航天器发射、材料抗爆及工程防护试验、爆破施工、新型材料的高压合成、材料本构关系等相关领域的重要内容之一，因此倍受世界各国科研工作者的关注，长期以来一直是研究热点之
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[0003]目前，高压力测量常用的方法有铜柱测压法、压电式传感器测压法、压阻式传感器测压法。铜柱测压器是一种机械传感器，它利用材料受压后的塑性变形来测压，优点是使用方便，操作简单，抗电磁干扰能力强；缺点是精度低，响应慢，不适用于爆炸冲击波的测试；压电式压力传感器的基本原理是基于传感元件的压电效应，最大优点是压电敏感元件是一种无源器件，不需要外能源，有利于传感元件的屏蔽设计和提高传感器的抗干扰能力。尽管如此，在一些存在强电磁干扰的测量场合，如爆炸近区大压力测量时，压电传感器抗干扰能力差，信噪比不高，测量精度低。压阻式传感器是利用压阻敏感元件在压应力的作用下电阻值的变化来确定被测压力。可用作压阻元件的材料主要有硅、锰铜、钙、锂、铋、碳、镱等。硅是最常用的压阻材料，由其制造的压力传感器得到广泛应用，但限于硅材料的特性，其不能用于高压力的测量。锰铜 是最早被用来测量静态高压力以及爆轰波压力和材料内应力的压阻材料，但锰铜的压阻系数很低，在低压力下(几百兆帕以内)电阻变化不灵敏。利用镱制成压阻式传感器的优点是灵敏系数高，镱的压阻系数约为锰铜的30倍，但镱是一种稀土元素，化学性质较活泼，易氧化，氧化后影响镱的纯度，进而影响其压阻系数，因此镱压阻式传感器的加工及重复性等性能指标难以得到保证。
[0004]光纤传感器以光波作为信息载体，以光纤作为信息的传输介质，对被测参量进行传感测量。光纤传感器是无源器件，电绝缘性好，抗电磁干扰同时又不产生电磁干扰，耐高电压，耐腐蚀，不会产生火花、高温、漏电等不安全因素，在强电磁干扰、易燃易爆、潮湿等恶劣环境下使用安全可靠。在众多的光纤传感器中，光纤光栅传感器是目前最为成熟、应用最广的一种光纤传感器。它的基本传感元件是均匀周期的光纤Bragg光栅(FBG)。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅(一种周期性的折射率分布)，其作用实质是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜，只对特定波长的光具有透射或者反射作用。因此，光纤光栅传感器除继承了光纤传感器的优点外，还具有波长调制、线性和稳定性好、制作方便、易于规模化生产、成本低等特点。但是，光纤光栅能够直接响应的是应变和温度的变化，当光纤光栅用作压力传感器时，由于裸光纤光栅的压力灵敏度低，因此必须借助不同的封装方法来提高压力灵敏度，主要采用波纹管、悬臂梁、弹簧管、膜片、金属或合金应变筒等几种方法实现压力测量，这些方法都不宜实现高频响的压力测量。实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种光纤光栅动高压传感器，使其具有结构简单、制作快捷、成本低等特点，特别适合于恶劣环境下大量程、高压力、高频响的压力测量。
[0006]为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，所述的一种光纤光栅动高压传感器，包括膜片体、支撑柱、含光栅的光纤、安装壳体、光纤护套和固定接头，膜片体固定在安装壳体前端后形成传感器的感压面，光纤上的光栅沿轴向平行黏贴于支撑柱的内孔表面并在孔内充满填充胶，支撑柱的上端面与膜片体紧密接触，支撑柱的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面，套入光纤护套的光纤通过固定接头固定于安装壳体下端。
[0007]所述的光栅中心波长可以是C波段任意波长，光栅反射率大于90%。
[0008]所述的光纤是单模光纤。
[0009]所述的膜片体具有一凹腔，凹腔的底部与支撑圆柱上端面直接接触，凹腔的外表面为螺纹结构。
[0010]所述的安装壳体的外部设置有凹槽，在凹槽内设可放置密封垫圈。
[0011 ] 本实用新型的技术效果在于，光栅(FBG)黏贴于支撑柱内表面，通过支撑柱的受压变形，将外界压力变化转换为光栅(FBG)的应变变化，通过对应变的测量实现对压力的感知，使得传感器响应快、量程大；光波被限制在光纤内，光路不受其他因素影响，使得传感器抗干扰能力强，性能稳定；光波注入和输出沿同一光纤，使得传感器作为单端器件，使用时连接方便；传感器的膜片体和安装壳体采用不锈钢材料经精加工而成，并采用耐高温、高强度的胶粘和螺纹连接，使制作出的传感器结构坚固，耐高温、耐强冲击振动，非常适合于爆炸等恶劣环境下使用。本实用新型结构简单，制作方便快捷，成本低，同时能够保证测量精度和可靠性。
[0012]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的结构示意图。
[0014]图2为圆柱形结构受力变形示意图。
[0015]图1中:1、膜片体，2、填充胶，3、支撑柱，4、光纤，5、密封垫圈，6、安装壳体，7、光纤
护套，8、固定接头。
【具体实施方式】
[0016]参见图1，本实用新型由膜片体1，填充胶2，支撑柱3，含光栅(FBG)的光纤4，密封垫圈5，安装壳体6，光纤护套7，固定接头8组成。膜片体I与安装壳体6前端固定后形成传感器的感压面，光纤4上的光栅(FBG)沿轴向平行黏贴于支撑柱3的内孔表面并在孔内充满填充胶2，支撑柱3的上端面与膜片体I紧密接触，支撑柱3的下端面与安装壳体6之间采用圆锥式接触面，套入光纤护套7的光纤4通过固定接头8固定于安装壳体6下端，密封垫圈5置于安装壳体6外部的凹槽内。
[0017]该光纤光栅动高压传感器的技术思想是:
[0018]由于光纤光栅传感的基本物理量是应变，因此该光纤光栅压力传感器设计的思路是将压力的变化转换为应变的变化，通过对应变的测量实现对压力的感知。如图2所示，圆柱形结构在端面上受到压力P作用后会发生压缩变形，即在圆柱体的纵向产生压应变，应变值为:
【权利要求】
1.一种光纤光栅动高压传感器，其特征是:包括膜片体、支撑柱、含光栅的光纤、安装壳体、光纤护套和固定接头，膜片体固定在安装壳体前端后形成传感器的感压面，光栅沿轴向平行黏贴于支撑柱的内孔表面并在孔内充满填充胶，支撑柱的上端面与膜片体紧密接触，支撑柱的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面，套入光纤护套的光纤通过固定接头固定于安装壳体下端。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅动高压传感器，其特征是:所述的光栅中心波长可以是C波段任意波长,光栅反射率大于90%。
3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅动高压传感器，其特征是:所述的光纤是单模光纤。
4.根据权利要求1所述的一种光纤光栅动高压传感器，其特征是:所述的膜片体具有一凹腔，凹腔的底部与支撑圆柱上端面直接接触，凹腔的外表面为螺纹结构。
5.根据权利要求1所述的一种光纤光栅动高压传感器，其特征是:安装壳体的外部设置有凹槽，在凹槽内放置密封垫圈。
【文档编号】G01L11/02GK203643079SQ201420013624
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】余尚江, 郭士旭, 陈晋央, 周会娟, 杨吉祥, 贾超, 黄刘宏 申请人:中国人民解放军总参谋部工程兵科研三所