专利名称：一种光纤光栅压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种测试仪器，尤其是一种光纤光栅压力传感器。
背景技术：
光纤光栅是一种新的光纤器件，它是利用光纤芯层材料的光敏特性，通过紫外准 分子激光器采用掩模曝光的方法使一段长度的光纤纤芯的折射率发生永久性改变，折射率 的改变呈周期性分布，形成布拉格光栅结构。当宽带入射光通过光纤光栅时，满足布喇格条 件的波长被光栅反射回来，其余波长的光被透射，反射光波长随光栅栅距的改变而改变。由 于光栅栅距对环境温度和应变非常敏感，因此，通过检测反射波长的变化可以计算出环境 温度的改变量和应变的变化。通过对光栅进行保护性的封装(如埋入衬底材料中)，使光纤光栅具有更稳定和 更可靠的传感功能。通过设计封装的结构，选用不同的封装材料，可以使光纤光栅实现更多 的功能。目前，光纤光栅压力传感器可以检测的物理量包括温度、应变、应力、位移、压强、扭 角、扭知(扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率及浓度等。现有的光纤光栅压力传感器，尺寸都很大；而且目前的各类光纤光栅压力传感器 中，都无法串联；无法实现用一个传感器同时测量温度和压力。使得在一些空间位置比较小 的特殊场合。无法利用光纤光栅压力传感器来测量液体或者气体的压力等。
实用新型内容针对上述问题，本实用新型旨在提供一种可串联结构，尺寸最小，可实现温度和压 力同时测量的光纤光栅压力传感器。为实现该技术目的，本实用新型的力案是一种光纤光栅压力传感器，由光栅光纤 和传感组件组成，所述光栅光纤包括两个不同波长光栅的双光栅，分别是小波长光栅和大 波长光栅，所述两光栅的中心波长的大小相差至少为5nm ；所述小波长光栅段密闭封装在 第一毛细管内只受温度影响，所述大波长光栅段外侧的光纤固定于第二毛细管内；所述传 感组件由传感部件、传感器主管、过渡件一和过渡件二组成，其中，传感部件有可容纳被测 液体或气体的腔体，该腔体上设置有一固定第二毛细管的管孔，与该管孔相连着受液体或 气体压力易形变的薄壁；传感器主管为一圆筒，其一端与传感部件的一端相连接，光栅光纤 穿过其中；所述过渡件一安装于传感部件端部，有固定第一毛细管的空腔；所述过渡件二 安装于传感部件的端部，固定大波长光栅光纤端。作为一种改进，所述薄壁为0. 5mm的厚度。作为一种改进，所述第一毛细管与小波长光栅段的两端用353ND胶水密闭固定； 所述第二毛细管与大波长光栅段外侧光纤用353ND胶水固定。作为进一步的改进，所述第一、第二毛细管均为2mm的管径。作为进一步的改进，所述传感器主管与传感部件之间采用螺纹相连接。作为进一步的改进，所述过渡件一上设置有一螺纹孔直通放置第一毛细管的空腔，螺栓通过螺纹孔压紧固定第一毛细管。
作为进一步的改进，所述第二毛细管与所述传感部件的腔体上的圆孔用353ND胶 水固定。本技术方案内部采用双光栅作为核心的敏感元件，与特殊设计的传感部件相连。 当环境温度变化或传感部件受到液体的压力，双光栅的中心波长会发生变化。通过计算中 心波长的变化值，可以计算出液体的温度和压力。对于双光栅，通过特殊的封装，一个光栅 的中心波长仅受温度的影响，另外一个光栅的中心波长受温度和应变的同时影响。通过只 受温度影响的光栅的中心波长的变化，可以算出环境的温度；同时以此温度为参考，通过另 外一个光栅的中心波长的变化，可以算出传感器所承受的压力。本方案可实现光纤光栅压力传感器的串联；属于体积最小的光纤光栅压力传感 器；可实现温度和压力的同时串联。
图1为本实用新型的双光栅毛细管封装示意图。图2为本实用新型的传感部件横向截面剖视图。图3为本实用新型的传感部件径向截面剖视图。图4为本实用新型的过渡件二的横向截面剖视图。图5为本实用新型的传感器主管的横向截面剖视图图6为本实用新型的过渡件一的横向截面剖视图图7为本实用新型的传感组件结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，根据具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。本实用新型所用的光纤光栅是一个双光栅，也就是在同一根光纤上连续制作两个 不同波长的光栅。目前对于光栅的制作水平，可以在同一根光纤上连续制作20多个光栅。 图1中，1段部分的光栅的中心波长为小波长，2段部分的光栅的中心波长为大波长，且两者 的中心波长的大小相差至少为5nm，以免两者的中心波长变化而导致波长重叠。对于图1中 的两个光栅，使用两个毛细钢管进行封装，图中，小波长光栅段被封装在第一毛细管1内， 两端用353ND胶水将光纤和毛细管固定好，使光栅只受温度的影响而不受外力的影响；在 大波长光栅段的外侧，将光纤穿入第二毛细管2内，用353ND胶水将光纤和毛细管固定好。 两个毛细管的直径都是2mm。图2、3示出的是本具体实施例中的传感部件，有可容纳被测液体或气体的腔体4， 该腔体上设置有一固定第二毛细管的管孔，与该管孔相连着受液体或气体压力易形变的薄 壁。组装时，将大波长光纤右侧的2mm的毛细管穿入管孔内，用353ND胶水固定住。在传感 部件中，管孔与一 0. 5mm厚的薄壁相连。液体或者气体通过螺丝3孔进入传感部件的腔体 中，对薄壁产生压力，导致薄壁发生横向的形变。通过设计不同的薄壁厚度，可以设计出不 同量程范围的压力传感器。图4为传感部件的右侧安装的过渡件二，使大波长端的光纤从过渡件的螺丝孔中穿出。[0026]内封装好的光栅光纤中，大波长光纤的一端已经与传感部件连接好。将小波长光 纤的一端穿入如图5所示的传感器主管中，所述传感器主管通过的螺丝与传感部件相连接 在传感器主管的左端装配如图6所示的过渡件一，其设置有一螺纹孔直通放置第 一毛细管的空腔，螺栓通过螺纹孔压紧固定第一毛细管。通过拉伸第一毛细管，使长波长段 的中心波长变大，稳定住此变大的波长，通过过渡件一中的螺丝孔将第一毛细管固定。图7所示为本具体实施例的光纤光栅压力传感器整体结构，在使用时，该传感器 的两端各装上光纤连接头FC/PC的常规止动环，用来密封传感器并在两端输出铠装光缆， 实现了压力传感器的串联。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本 实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本 实用新型技术方案的保护范围之内。
权利要求一种光纤光栅压力传感器，由光栅光纤和传感组件组成，其特征在于所述光栅光纤包括两个不同波长光栅的双光栅，分别是小波长光栅和大波长光栅，所述两光栅的中心波长的大小相差至少为5nm；所述小波长光栅段密闭封装在第一毛细管(1)内只受温度影响，所述大波长光栅段外侧的光纤固定于第二毛细管(2)内；所述传感组件由传感部件、传感器主管、过渡件一和过渡件二组成，其中，传感部件有可容纳被测液体或气体的腔体，该腔体上设置有一固定第二毛细管的管孔，与该管孔相连着受液体或气体压力易形变的薄壁；传感器主管为一圆筒，其一端与传感部件的一端相连接，光栅光纤穿过其中；所述过渡件一安装于传感部件端部，有固定第一毛细管的空腔；所述过渡件二安装于传感部件的端部，固定大波长光栅光纤端。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅压力传感器，其特征在在于所述薄壁为0.5mm的 厚度。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅压力传感器，其特征在在于所述第一毛细管与小 波长光栅段的两端用353ND胶水密闭固定；所述第二毛细管与大波长光栅段外侧光纤用 353ND胶水固定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于所述第一、 第二毛细管均为2mm的管径。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于所述传感 器主管与传感部件之间采用螺纹相连接。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于所述过渡 件一上设置有一螺纹孔直通放置第一毛细管的空腔，螺栓通过螺纹孔压紧固定第一毛细 管。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于所述第二 毛细管与所述传感部件的腔体上的管孔用353ND胶水固定。
专利摘要本实用新型公开了一种特殊的结构，专为尺寸小的空间而设计，可实现温度和压力同时测量的光纤光栅压力传感器，它由两个不同波长的双光栅光纤和传感组件组成；所述传感组件由传感部件、传感器主管、过渡件一和过渡件二组成，其中，传感部件有可容纳被测液体的腔体和受液体压力易形变的薄壁；传感器主管与传感部件的一端相连接，光纤穿过其中；过渡件一安装于传感部件端部，过渡件二安装于传感部件的端部。本方案是体积最小的光纤光栅压力传感器；可实现光纤光栅压力传感器的串联；可实现温度和压力的同时测量。
文档编号G01L11/02GK201600201SQ20092026060
公开日2010年10月6日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者赵德春 申请人:赵德春