专利名称：高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及土木工程以及光纤传感领域，特别是一种高精度双波 纹管结构光纤光栅流体压力传感器。
技术背景
流体压力是最基本的工业过程参数之一。在工业生产过程以及大型工 程现场中，使用了大量的各种基于电信号检测原理的压力传感器。在许多 存在电磁干扰、受雷击几率较大、易燃、易爆等恶劣环境中，以及多点测 量、传感器与检测设备距离远的情况下，准确、安全、可靠地实现压力的 测量对保证生产工艺过程的安全性和经济性具有十分重要意义。
近十几年来，随着光纤光栅制作技术的日益成熟、光纤光栅解调技术 日益完善，光纤光栅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗雷击、波长直接绝对编 码、不受光功率波动影响、长期可靠性和稳定性好、信号长距离传输、波 分复用组网以及能在易燃易爆环境中应用等诸多优点，基于光纤光栅原理 的流体压力传感监测系统可以较好地完成在恶劣环境下的流体压力测量。 但是，由于光纤光栅本身压力敏感系数仅为-1.98X10^MPa—1，直接使用时 其灵敏度不够，所以压力测量时必须对光纤光栅进行压力增敏才能够满足 实用化的要求。现有技术对光纤光栅进行压力增敏主要有以下两种办法
1、 聚合物封装方式刘云启等人2000年在中国激光杂志(2000， 27 (3)， 211 214)上报道了利用聚合物封装方式将光纤光栅的压力敏感系
数提高到-6.28X10-SMPa—1，为裸光栅的31. 7倍，该封装结构具有压力增 敏和保护光栅的双重作用。但该方案的封装工艺较为复杂，并且容易导致 光纤光栅的反射谱出现啁啾现象，不利于探测，还存在老化和蠕变现象， 影响传感器的稳定性和可靠性。
2、 弹性元件的压力变送方式中国专利"光纤光栅液位传感器"(专
3利号CN 200320117647. X)描述了一种压力增敏结构的液位传感器，其构 成为壳体、片状弹性元件以及带有光纤光栅的光纤。液体压力的变化导致 片状弹性元件中心的产生一定的位移量，进而引起光纤光栅的形变，导致 光纤光栅反射波长发生移动，通过监测光纤光栅反射波长的移动获知液位 (液压)的变化。该专利技术很好地将液体压力的变化转换成了光纤光栅 中心反射波长的变化，但是该技术还存在如下问题(1)在封装过程中为 了保证传感器的量程必须要对光纤光栅进行较大的预拉伸，这就增加了封 装过程中的难度；(2)对小量程压力传感器，较大的预拉伸量导致片状弹 性元件的出现严重非线性，影响测量精度；(3)该技术方案只能单端引出 光纤，不利于组网。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高精度双波纹管结构光纤光栅流体压 力传感器，所述的这种高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器要解 决现有技术中光纤光栅流体压力传感器稳定性和可靠性不理想、封装难度 大的技术问题。
本实用新型的这种高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器由一 个壳体、 一个第一光缆、 一个第二光缆、 一个外波纹管、 一个内波纹管和 一个敏感元件构成，其中，所述的壳体呈盲管状，所述的内波纹管设置在 所述的外波纹管内，内波纹管与外波纹管之间设置有间隙，内波纹管的一 端和外波纹管的一端均固定连接在一个固定端盖上，所述的固定端盖固定 连接在壳体的开口一端，内波纹管的另一端和外波纹管的另一端均固定连 接在一个自由端子上，所述的自由端子悬浮设置在壳体内，固定端盖中设 置有一个固定端光纤固定件，自由端子中设置有一个自由端光纤固定件， 所述的敏感元件悬浮设置在内波纹管内，敏感元件的两端分别与所述的固 定端光纤固定件和自由端光纤固定件连接，所述的第一光缆从壳体外与固 定端光纤固定件连接，所述的第二光缆从壳体的另一端穿入壳体并与自由端光纤固定件连接，固定端盖中设置有两个流体导孔，任意一个所述的流 体导孔的一端均与内波纹管与外波纹管之间的间隙连通。
进一步的，所述的固定端盖通过螺纹与壳体密封连接。 进一歩的，所述的固定端盖通过焊接结构与壳体密封连接。 进一步的，所述的敏感元件是光纤光栅、或者光纤F-P腔、或者钢弦。 本实用新型的工作原理是将壳体于变化的流体压力环境中，通过流 体导孔，外界的流体压力的变化施加给外波纹管和内波纹管之间形成的承 压腔，在双波纹管结构的带动下，自由端子发生位移，进而光纤光栅受到 拉伸或者压縮，从而引起光纤光栅的反射波长的移动，通过第一光缆、第 二光缆传递的光信号检测光纤光栅的反射波长的移动量，即可检测得到流 体压力的变化信息。
本实用新型和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本实用新型 将光纤光栅与双波纹管结构连接，利用双波纹管结构中承压腔内的压力变 化来拉伸或者压縮光纤光栅，从而引起光纤光栅的反射波长的移动，通过 光缆传递的光信号来检测光纤光栅的反射波长的移动量，即可检测得到流 体压力的变化信息。本实用新型封装简单，稳定性和可靠性高。
图1是本实用新型的高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器的 结构示意图。
具体实施方式
实施例1 :
如图1所示，本实用新型的高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传 感器，由一个壳体IO、 一个第一光缆ll、 一个第二光缆l、 一个外波纹管
2、 一个内波纹管3和一个敏感元件7构成，其中，所述的壳体10呈盲管 状，所述的内波纹管3设置在所述的外波纹管2内，内波纹管3与外波纹 管2之间设置有间隙，内波纹管3的一端和外波纹管2的一端均固定连接在一个固定端盖4上，所述的固定端盖4固定连接在壳体10的开口一端， 内波纹管3的另一端和外波纹管2的另一端均固定连接在一个自由端子8 上，所述的自由端子8悬浮设置在壳体10内，固定端盖4中设置有一个固 定端光纤固定件5，自由端子8中设置有一个自由端光纤固定件9，所述的 敏感元件7悬浮设置在内波纹管3内，敏感元件7的两端分别与所述的固 定端光纤固定件5和自由端光纤固定件9连接，所述的第一光缆11从壳体 10外与固定端光纤固定件5连接，所述的第二光缆1从壳体10的另一端 穿入壳体10并与自由端光纤固定件9连接，固定端盖4中设置有两个流体 导孔6，任意一个所述的流体导孔6的一端均与内波纹管3与外波纹管2 之间的间隙连通。
进一步的，所述的固定端盖4通过螺纹与壳体10密封连接。 进一步的，所述的固定端盖4通过焊接结构与壳体10密封连接。 进一歩的，所述的敏感元件7是光纤光栅、或者光纤F-P腔、或者钢弦。
本实施例的工作过程是将壳体10于变化的流体压力环境中，通过流 体导孔6，外界的流体压力的变化施加给外波纹管2和内波纹管3之间形 成的承压腔，在双波纹管结构的带动下，自由端子8发生位移，进而光纤 光栅受到拉伸或者压縮，从而引起光纤光栅的反射波长的移动，通过第一 光缆ll、第二光缆1传递的光信号检测光纤光栅的反射波长的移动量，即 可检测得到流体压力的变化信息。
具体的，本实施例的制作过程是
1 )先将光纤光栅的一端尾纤通过粘接或者焊接固定在固定端光纤固定 件5上；
2) 将固定端光纤固定件5通过螺纹旋进固定端盖4的中心螺纹孔中， 并进行密封；
3) 将自由端光纤固定件9和自由端子8通过粘接或者焊接牢靠固定在
6一起，然后，将光纤光栅稍微拉伸，利用现有技术将光纤光栅7的这一端 的尾纤固定在自由端光纤固定件9上；
4) 将壳体10通过螺纹与固定端盖4进行密封性连接；
5) 光纤光栅的尾纤用铠装光缆保护，并做好与壳体IO之间的密封措施。
内、外波纹管的材质可以为不锈钢、青铜的一种或其它良好的弹性材 料。内、外波纹管既可以是成型波纹管，也可以是焊接波纹管。壳体与外 波纹管之间的空气腔可以设导气管，与大气连通，起到平衡大气压静态压 力变化的作用。
作为对本实用新型的进一步改进，可以在固定端盖4外可以加环形透
水石，以起到透水、阻止泥沙的作用。
作为对本实用新型的进一步改进，通过改变固定端光纤固定件5的长 度或者材料，可以起到环境温度变化补偿的效果。
权利要求1.一种高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器，由一个壳体、一个第一光缆、一个第二光缆、一个外波纹管、一个内波纹管和一个敏感元件构成，其特征在于所述的壳体呈盲管状，所述的内波纹管设置在所述的外波纹管内，内波纹管与外波纹管之间设置有间隙，内波纹管的一端和外波纹管的一端均固定连接在一个固定端盖上，所述的固定端盖固定连接在壳体的开口一端，内波纹管的另一端和外波纹管的另一端均固定连接在一个自由端子上，所述的自由端子悬浮设置在壳体内，固定端盖中设置有一个固定端光纤固定件，自由端子中设置有一个自由端光纤固定件，所述的敏感元件悬浮设置在内波纹管内，敏感元件的两端分别与所述的固定端光纤固定件和自由端光纤固定件连接，所述的第一光缆从壳体外与固定端光纤固定件连接，所述的第二光缆从壳体的另一端穿入壳体并与自由端光纤固定件连接，固定端盖中设置有两个流体导孔，任意一个所述的流体导孔的一端均与内波纹管与外波纹管之间的间隙连通。
2. 如权利要求l所述的高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器，其特征在于所述的固定端盖通过螺纹与壳体密封连接。
3. 如权利要求1所述的高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器，其 特征在于所述的固定端盖通过焊接结构与壳体密封连接。
4. 如权利要求1所述的高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器，其 特征在于所述的敏感元件是光纤光栅、或者光纤F-P腔、或者钢弦。
专利摘要一种高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器，由壳体、外波纹管、内波纹管和光纤光栅构成，内波纹管设置在外波纹管内，内波纹管和外波纹管的一端均固定连接在固定端盖上，内波纹管和外波纹管的另一端均固定连接在一个自由端子上，自由端子悬浮设置在壳体内，光纤光栅悬浮在内波纹管内，光纤光栅的两端分别与固定端光纤固定件和自由端光纤固定件连接，固定端盖中设置有流体导孔，流体导孔与内波纹管与外波纹管之间的承压腔连通。流体压力变化使自由端子位移，进而光纤光栅受到拉伸或者压缩，光纤光栅的反射波长移动，通过光缆传递的光信号检测反射波长的移动量，即可得到流体压力的变化信息。本实用新型封装简单，稳定性和可靠性高。
文档编号G01L7/06GK201408100SQ20092007128
公开日2010年2月17日 申请日期2009年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者吴亚明, 赵恩国, 钟少龙 申请人:上海前所光电科技有限公司