压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器的制作方法

文档序号:6015036来源:国知局
专利名称:压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器的制作方法
技术领域
本发明属于光纤生化传感器技术领域,涉及用于能源化工、环境监控和工业生产等领域的光纤传感器的制作,具体涉及一种可以同时对被测液体、气体的压强、温度和组分浓度进行检测的多态气液光纤传感器。
背景技术
实时检测液体、气体的压强、温度以及组分浓度等参数信息在工业生产、环境监控、能源开采等领域具有重要的意义。例如在天然气输送过程中需要对天然气的压强、温度以及H2S等有毒气体的组分浓度进行实时监控;在石油开采过程中需要对井内流体的温度、压强以及组分浓度进行检测;在煤矿开采过程中需要对矿井内的气体压强、温度以及可燃性气体的组分浓度进行实时监控;在表面处理工业过程中需要对处理液的压强、温度和组分浓度进行实时检测等。传统的检测方法多是针对某一特定的检测量,选择某一特定的传感器系统进行检测。例如在检测液体、气体的压强时会专门使用一套传感器系统,而对被测液体、气体的温度和组分浓度进行检测时又会选择另外两套独立的传感器系统。当需要对被测液体、气体的压强、温度和浓度等参数进行整体分析时,需要这三套传感器系统都得到各自的测量结果并汇总后才可以进行分析。这种检测方法一方面增加了检测成本并导致传感器系统的布置复杂。另一方面因为各传感器系统的作用原理以及在被测液体、气体中的布置方式不同而导致各传感器系统的误差不同,且各个测量结果之间的相关性较小,在对这些检测量进行整体分析时易产生系统误差,造成分析结果的精度下降。

发明内容
为解决背景技术中进行多参数测量时遇到的问题,本发明的目的是提供一种可对被测液体、气体的温度、压强以及组分浓度等信息进行同时检测的多态气液光纤传感器。在此光纤传感器中,利用布拉格光纤光栅进行温度和压强的监控,利用光纤消逝场传感原理进行被测液体、气体中各组分浓度的传感,在同一条光纤上既可完成对被测液体、气体的温度、压强以及组分浓度等多参数的同时测量。为了实现所述目的,本发明提供的压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器,所述多态气液光纤传感器由宽波段光源、光谱分析仪器、回光导光光纤、第一导光光纤、光纤耦合器、第二导光光纤和传感光纤探头组成,传感光纤探头具有腔壁,腔壁之间固设有多个固定挡板和一个能自由滑动的活动挡板,多个固定挡板与腔壁之间密封连接,多个固定挡板及活动挡板的几何中心钻有孔,且多个固定挡板及活动挡板之间都设有一间隔,并由腔壁与多个固定挡板及活动挡板间分别形成温度腔、组分浓度腔、压力腔和压力调节腔;温度腔、组分浓度腔、压力腔和压力调节腔设置在腔壁的中心线上;组分浓度腔和压力腔的腔壁上钻有连通孔,待测物质通过连通孔进入相应腔体内,压力调节腔的腔壁上有抽气孔,抽气孔中安装有密封盖,所述第二导光光纤包括第一光纤段、第二光纤段、第三光纤段和第四光纤段;在第一光纤段上设置有第一布拉格光纤光栅,第一布拉格光纤光栅对被测液体、气体的温度进行检测,第一光纤段在温度腔内留出一部分光纤形成第一富余光纤;在第二光纤段上设置有消逝场传感区,消逝场传感区对被测液体、气体组分浓度进行检测;在第三光纤段上设置第二布拉格光纤光栅,第二布拉格光纤光栅对被测液体、气体的压强进行检测;第四光纤段分布在压力调节腔内,其长度大于压力调节腔的长度,并形成第二富余光纤,第二富余光纤能使活动挡板在沿腔壁产生位移时不受第四光纤段的拉力影响,保证自由活动。优选实施例温度腔内布置有第一光纤段,其上设置有第一布拉格光纤光栅,并形成第一富余光纤,第一富余光纤能让第一布拉格光纤光栅处于一个不受外力作用的状态; 第一光纤段的两端分别用两个固定密封圈密封固定在温度腔的两个固定挡板上,密封固定光纤能防止第一光纤段滑动产生外力变形影响测量结果,并阻止被测液体、气体沿第一光纤段进入温度腔中。优选实施例所述组分浓度腔中设置有第二光纤段,第二光纤段用两个固定密封圈密封固定在组分浓度腔的两固定挡板上,用固定密封圈固定能防止第二光纤段滑动,并阻止被测液体、气体沿第二光纤段进入温度腔,第二光纤段在组分浓度腔中处于一种没有应变变形的自由状态。优选实施例在压力腔中设置有第三光纤段,其上加工有第二布拉格光纤光栅,第三光纤段用两个固定密封圈固定密封在压力腔的两固定挡板上,上位板固定安装在靠近活动挡板一侧的腔壁上,在活动挡板上装备有密封活塞套,密封活塞套能防止被测液体、气体在活动挡板移动时进入压力调节腔。优选实施例压力调节腔中的第四光纤段的两端分别固定在活动挡板和压力调节腔的固定挡板上,并在压力调节腔中形成一段能自由活动的第二富余光纤,第二富余光纤能使活动挡板在产生位移时,不受第四光纤段拉力的影响;压力调节腔的腔壁上固定有下位板;下位板固定安装在靠近活动挡板的压力调节腔的腔壁上;压力调节腔的腔体中装备有复位弹簧,复位弹簧的两端分别固定在活动挡板和压力调节腔的固定挡板上。优选实施例第二布拉格光纤光栅的反射波长与第一布拉格光纤光栅的反射波长不同。优选实施例所述组分浓度腔能设置多个,当组分浓度腔大于两个时,在传感光纤探头中还设置参考腔,并在参考腔内放置参考布拉格光纤光栅。优选实施例在第二导光光纤上能设置多个传感光纤探头,多个传感光纤探头串联使用,实现对被测液体、气体的温度、压强和组分浓度的永久性、分布式的实时在线监控。本发明的有益效果本发明的可同时对被测液体、气体的温度、压强和组分浓度进行检测的多态气液光纤传感器将对被测液体、气体的多态检测集成在同一条传感光纤上完成,可方便的对被测液体或气体的温度、压强及组分浓度信息进行检测。其意义在于1、本发明的传感器可同时对被测液体或气体的温度、压强及组分浓度信息进行检测,降低了对被测液体、气体进行多参数测量时所需的传感器数目,方便了传感器的空间布置,有效降低了对被测液体、气体进行多态检测时装置的复杂程度。2、本发明的可同时对被测液体或气体的温度、压强和组分浓度进行检测的传感器可迅速、全面的获得被测液体、气体的具体信息,且各信息的相关性强,在对检测数据进行整体分析时,结果可靠、保真性好。3、光纤抗氧化腐蚀、抗电磁干扰能力强且不产生电火花等优点,使本发明的传感器可以在严厉苛刻环境下使用,且通过在第二导光光纤上设置多个传感光纤探头,将本发明的多个传感光纤探头进行串联使用,可实现对被测液体、气体的温度、压强和组分浓度的永久式、分布式的实时在线监控。


图1是本发明的可同时对被测液体、气体进行温度、压强和组分浓度检测的多态气液光纤传感器的系统示意图。图2是传感光纤探头的示意图。图3是传感光纤探头的剖面示意图。图4是组分浓度腔前置的传感光纤探头剖面示意图。图5是双组分浓度检测的传感光纤探头剖面示意图。图6是三组分浓度检测的传感光纤探头剖面示意图。图7是多光纤探头串联使用进行分布式多点检测的示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。如图1示出本发明的可同时对被测液体、气体的压强、温度以及组分浓度进行检测的多态气液光纤传感器系统,由宽波段光源1、光谱分析仪器2、回光导光光纤3、第一导光光纤4、光纤耦合器5、第二导光光纤6组成传感光纤探头7 ;如图2示出传感光纤探头7 的结构,图2中包括第二导光光纤6的光纤丝8、光纤保护层9、固定密封圈10、温度腔11、 组分浓度腔12、压力腔13、压力调节腔14、连通孔15和密封盖16,传感光纤探头7是本发明的核心内容。所述第二导光光纤6包括第一光纤段17、第二光纤段21、第三光纤段22和第四光纤段31 ;如图3传感光纤探头的剖面示出第二导光光纤6在温度腔11中的第一光纤段17、腔壁18、第一布拉格光纤光栅19、第一富余光纤20、第二导光光纤6在组分浓度腔 12中的第二光纤段21、第二导光光纤6在压力腔13中的第三光纤段22、第二布拉格光纤光栅23、活动挡板24、上位板25、密封活塞套沈、下位板27、复位弹簧28、固定挡板四、第二导光光纤6在压力调节腔14中的第四光纤段31、第二富余光纤30、抽气孔32和消逝场传感区33。下面请参见图1至图3,本发明提供的压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器,传感光纤探头7由第二导光光纤6、多个固定密封圈10、多个连通孔15、密封盖 16、腔壁18、活动挡板M、上位板25、密封活塞套沈、下位板27、复位弹簧观、多个固定挡板 29和抽气孔32 ;其中传感光纤探头7具有的腔壁18之间固设有多个固定挡板四和一个能自由滑动的活动挡板24,多个固定挡板四和活动挡板M的几何中心钻有放置光纤的孔 34,多个固定挡板四与腔壁18之间密封连接,多个固定挡板四及活动挡板M之间都设有一间隔,并由腔壁18与多个固定挡板四及活动挡板M间分别形成温度腔11、组分浓度腔 12、压力腔13和压力调节腔14 ;温度腔11、组分浓度腔12、压力腔13和压力调节腔14设置在腔壁18的中心线上;组分浓度腔12和压力腔13的腔壁上钻有连通孔15,待测物质通过连通孔15进入相应腔体内,压力调节腔14的腔壁上有抽气孔32,抽气孔32中安装有密封盖16,所述第二导光光纤6包括第一光纤段17、第二光纤段21、第三光纤段22和第四光纤段31 ;在第一光纤段17上设置有第一布拉格光纤光栅19,第一布拉格光纤光栅19对被测液体、气体的温度进行检测,第一光纤段17在温度腔11内留出一部分光纤形成第一富余光纤20 ;在第二光纤段21上设置有消逝场传感区33,消逝场传感区33对被测液体、气体的组分浓度进行检测;在第三光纤段22上设置第二布拉格光纤光栅23,第二布拉格光纤光栅 23对被测液体、气体的压强进行检测;第四光纤段31分布在压力调节腔14内,其长度大于压力调节腔14的长度,并形成第二富余光纤30,第二富余光纤30能使活动挡板M在沿腔壁产生位移时不受第四光纤段31的拉力影响,保证自由活动。第一布拉格光纤光栅19、第二布拉格光纤光栅23和消逝场传感区33是在第二导光光纤6上加工制成。其中第一布拉格光纤光栅19和第二布拉格光纤光栅23的栅距不同, 其反射波长亦不相同。第二导光光纤6的外面有保护层9对光纤丝8进行保护,防止在使用过程中光纤丝8受损。第二导光光纤6分布在温度腔11中的第一光纤段17上加工有第一布拉格光纤光栅19并形成第一富余光纤20。通过密封在温度腔11中,第一布拉格光纤光栅19可以避开被测液体、气体的压强影响,保证第一布拉格光纤光栅19只受到被测液体、气体温度的影响,通过测量第一布拉格光纤光栅19的反射波长λ 1的移动量Δ λ 1即可得到被测液体、 气体的温度信息。第一富余光纤20的作用是消除光纤应力对温度测量的影响。固定密封圈10的作用是将分布在光纤探头7中的第二导光光纤6密封固定在固定挡板四和活动挡板M上。对分布在光纤探头7中的第二导光光纤6进行固定可以防止测量过程中光纤探头7中各腔体内的光纤段产生自由移动,改变光纤探头7中各腔体内光纤段的受力情况,影响对被测液体、气体的测量结果精度。密封可以防止待测的液体或气体进入温度腔11和压力调节腔14,保证测量结果的精度。固定挡板四和活动挡板M结合腔壁18可以将传感光纤探头7进行分室,固定挡板四和活动挡板M也是第二导光光纤6在传感光纤探头7中分布的各光纤段的固定支撑架,第二导光光纤6穿过固定挡板四和活动挡板M上的孔34,并用固定密封圈10将其固定密封在固定挡板四和活动挡板M上。固定挡板四可以通过密封螺纹、焊接以及胶接等方式密封固定到腔壁18上。连通孔15是被测液体或气体进入到组分浓度腔12和压力腔 13的通道。活动挡板M上有一圈密封活塞套26,当被测液体或气体进入压力腔13后在被测液体、气体的压力作用下,活动挡板M连同其上的密封活塞套26 —起产生位移,拉动第三光纤段22产生应变,进而对第二布拉格光纤光栅23产生调制作用,引起反射波长λ 2的移动,通过光谱分析仪器2读出反射波长的移动量Δ λ 2,结合温度腔11得到的结果,即可反推出被测液体、气体的压强信息。密封活塞套26在活动挡板M的移动过程中起到密封的作用,防止被测液体或气体流进压力调节腔14。上位板25是传感器初始状态调整和复位的标志,当传感器设计好后,活动挡板M 紧靠在上位板25处,可以保证第三光纤段22处于一个自由伸展的状态,保证本发明的传感器在进行传感时第二布拉格光纤光栅23都处在同一种初始状态下。下位板27限制活动挡板M的最大位移量,可防止光纤因过载而发生破坏。
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当外载荷除掉后复位弹簧观可以帮助活动挡板M复位,是传感器进行动态测试的重要保障。通过抽气孔32可对压力调节腔14的腔体压强进行调节,使活动挡板M恰好处于上位板25处,保证压力腔13中的第三光纤段22处于自由平衡状态。压力调节腔14 和上位板25是传感器初始状态调整的重要标志。压强调节好后,用密封盖16密封住抽气孔32,保证压力调节腔14中的压强稳定。压力调节腔14中的第四光纤段31留出第二富余光纤30使活动挡板M可以自由活动。组分浓度腔12中的消逝场传感区33按照要测量的被测液体、气体的组分进行修饰。将第二导光光纤6的保护层9除掉,再将光纤丝8的包层除去使其纤芯裸露出来。光纤纤芯裸露出来后,光纤的消逝场能量可以与被测液体、气体发生作用引起光纤中传输能量的降低,通过检测光纤中传输能量的降低程度既可得到被测液体、气体某组分的浓度。为进一步提高浓度检测的灵敏度,可在裸露的光纤纤芯上覆盖一层能与被测液体、气体发生反应的敏感膜,被测液体、气体与敏感膜发生作用后可以产生颜色或敏感膜折射率的变化, 增强光纤消逝场与被测液体、气体的相互作用,提高消逝场传感区33的检测灵敏度。本发明的具体工作原理如下光源1发出的光经过汇聚后耦合进第一导光光纤4中,通过光纤耦合器5进入第二导光光纤6,送至可同时对被测液体或气体的温度、压强和组分浓度进行检测的传感光纤探头7中进行传感。光在沿传感光纤探头7中的第二导光光纤6前行时,遇到布置在第二导光光纤6上的布拉格光纤光栅后产生某特定波长的反射光。布拉格光纤光栅产生的反射光携带被测量的信息经过第二导光光纤6回传至光纤耦合器5并传播至回光导光光纤3中。 在光谱分析仪器2中对布拉格光纤光栅反射光的波长位移量和强度信息进行检测,分析得出被测液体、气体的具体信息。光在传感光纤探头7中的第二导光光纤6传播时,在经过温度腔11中的第一布拉格光纤光栅19时会产生波长为λ工的反射光,温度腔中温度的变化会对反射光的波长产生调制作用,引起反射光的波长产生位移Δ λ”通过检测反射波长的位移量Δ X1的大小即可得到温度腔11中的温度信息。通过第一布拉格光纤光栅19的前行光在经过消逝场传感区33向前传播时,因消逝场与被测液体、气体的相互作用,会产生能量的吸收引起光谱强度的衰减。通过组分浓度传感区33的前行光在经过压力腔的第二布拉格光纤光栅23时产生波长为λ 2的反射光,反射光的波长同时受到被测液体、气体的温度和压强的影响而产生一个位移量Δ λ2,测出Δ λ2的大小,并与温度腔11中的传感信息解调,即可得到被测液体、气体的压强信息。同样,第二布拉格光纤光栅23的反射光入2在回传经过消逝场传感区33时,因消逝场的作用又会衰减一次,进而反射光的强度再次降低。通过测量反射光的强度降低信息即可得到被测液体、气体的组分浓度信息。图4是将组分浓度腔12前置在温度腔11和压力腔13时,组分的浓度检测可以通过同时检测第一布拉格光纤光栅19和第二布拉格光纤光栅23的反射光的衰减程度进行确定,通过对二者的测量数据进行对比分析可以提高组分浓度检测的精度。图5是两组分浓度检测的传感光纤探头,其中组分浓度腔有两个,分别是第一组分浓度腔35和第二组分浓度腔37,可以同时对被测液体、气体中的两种组分浓度进行检测。第一组分浓度的消逝场传感区36放置在温度腔11的前面,对被测液体、气体组分一的浓度进行检测;第二组分浓度的消逝场传感区38放置在压力腔13的前面,对被测液体、气体组分二的浓度进行检测。通过检测温度腔11中第一布拉格光纤光栅19的反射光的衰减量即可以得到被测液体、气体组分一中的浓度信息,检测压力腔13中第二布拉格光纤光栅 23的反射光的衰减量即可以得到被测液体、气体组分二的浓度信息。如图6示出三组分浓度检测的传感光纤探头剖面示意图,图6示出第三组分浓度腔39、第三组分浓度消逝场传感区40、第三组分浓度传感区的参考布拉格光纤光栅41和第三组分浓度的参考腔42;当要检测的组分浓度超过两个时,需要增加参考布拉格光纤光栅 41和参考腔42,并通过检测参考布拉格光纤光栅41反射光的衰减量大小,确定被测液体、 气体的被检测组分浓度的具体大小。如图6所示,当要检测三个组分浓度时,在传感光纤探头上设计三个组分浓度腔,分别是组分浓度腔35、37和39。按照要检测的浓度组分对安置在三个组分浓度腔中的消逝场传感区36、38和40进行修饰。通过测量温度腔11中的第一布拉格光纤光栅19的反射波长的衰减程度,即可获得组分浓度传感区36的测量结果。测量压力腔13中的第二布拉格光纤光栅23的反射波长的衰减程度,即可获得消逝场传感区 38的测量结果。同理,测量参考腔42中的参考布拉格光纤光栅41的反射波长的衰减程度, 即可获得组分浓度传感区40的测量结果。通过在第二导光光纤6上设置多个光纤传感探头7可以实现分布式的多点检测, 同时检被测液体、气体在多点多位置处的温度、压强和组分浓度等信息。图7示出本发明的多态气液光纤传感器进行分布式多点检测的示意图,其中示出有第一传感光纤探头7-1、第二传感光纤探头7-2和第η传感光纤探头7-Ν。下面以检测氮气中氢气的温度、压强和浓度为例进行本发明的具体实例说明。本发明的具体实施方式
如下1、取一条包层直径250 μ m,芯径9 μ m,长200cm的光纤,作为第二导光光纤6使用,在距其端头50cm和150cm的两处分别写上布拉格光纤光栅,写光栅段光纤长10mm。第一布拉格光纤光栅19的反射波长1520nm,第二布拉格光纤光栅23的反射波长1555nm,在光纤中间长20mm的一段光纤上,除掉光纤保护层9和光纤包层,然后在其裸露的纤芯上沉积氢敏感膜-三氧化钨膜层,修饰后的光纤段是传感光纤探头7的消逝场传感区33。2、加工内径30mm,长110cm,壁厚3mm的套筒18。加工5个直径四讓,壁厚3mm的固定挡板四和一个直径26mm的活动挡板M。并在所述挡板的中心位置上钻直径Imm的中心孔,用于放置第二导光光纤6。3、将写有反射波长1520nm的第一布拉格光纤光栅19的光纤段和一段20mm长的第一富余光纤20放置在由两固定挡板四分割腔壁18形成的长30cm的温度腔11内,光纤的两端用固定密封圈10分别密封固定在固定挡板四上,然后将固定挡板四安装到腔壁18 上并进行固定密封。4、将加工有消逝场浓度传感区33的光纤段放在两固定挡板四分成的长30cm的组分浓度腔12内作为第二光纤段21使用,将第二光纤段21的两自由端用固定密封圈10 将其固定在组分浓度腔12的固定挡板四上,并保证第二光纤段21在腔体中处于一个自由平衡的状态。在腔壁18钻连通孔15,用于将被测混合气体引入腔体内,后将固定挡板四密封固定在腔壁18上。5、将写有反射波长1555nm第二布拉格光纤光栅23的光纤段放置在固定挡板四和活动挡板M分割腔壁18形成的长30cm的腔壁18内。在腔壁18上安装上位板25和下位板27,下位板27与上位板25的距离在4-6mm之间,在活动挡板M上装置密封活塞套26, 活动挡板M放置在上位板25和下位板27之间。在上位板25前端的腔壁18上钻连通孔 15。调整腔体内光纤段的长度并将光纤的另一端密封固定在活动挡板M上,使腔体内的光纤段处于无应力应变的自由状态,且保证活动挡板M在上位板25后面2-3mm处。剩余光纤放置在压力调节腔14内并保留一定的富余,光纤末端用固定密封圈10固定在压力调节腔14底部的固定挡板四上。活动挡板M和腔体前端固定挡板四形成的腔室作为传感光纤探头7的压力腔13使用。6、用活动挡板M和固定挡板四以及腔壁18组成长20cm的压力调节腔14。在压力调节腔14内部安装两条复位弹簧观,分别与活动挡板M和压力调节腔14底部的固定挡板四连接。在压力调节腔14底部距固定挡板四的IOmm处钻抽气孔32,并在抽气孔 32上加装密封盖16。通过抽气孔32调节压力调节腔14的气体压强,使活动挡板M刚好处于上位板25处,用密封盖16封住抽气孔32。7、按照1-6的步骤制作好传感光纤探头7后,将传感光纤探头7和宽波段光源1, 光纤耦合器5以及光谱分析仪器2用第一导光光纤4和回光光纤3按照图1所示的结构连接在一起,即构成本发明的可同时对被测液体或气体的温度、压强以及组分浓度同时进行检测的多态气液光纤传感器。以上所述,仅为本发明中的具体实施方式
,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内,可理解想到的变换或替换,都应涵盖在本发明的包含范围之内。
权利要求
1.一种压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器,其特征在于,所述多态气液光纤传感器由宽波段光源(1)、光谱分析仪器O)、回光导光光纤(3)、第一导光光纤 G)、光纤耦合器(5)、第二导光光纤(6)和传感光纤探头(7)组成,传感光纤探头(7)具有腔壁(18),腔壁(18)之间固设有多个固定挡板09)和一个能自由滑动的活动挡板(M), 多个固定挡板09)与腔壁(18)之间密封连接,多个固定挡板09)及活动挡板04)的几何中心钻有孔(34),且多个固定挡板09)及活动挡板04)之间都设有一间隔,并由腔壁 (18)与多个固定挡板09)及活动挡板04)间分别形成温度腔(11)、组分浓度腔(12)、压力腔(13)和压力调节腔(14);温度腔(11)、组分浓度腔(12)、压力腔(13)和压力调节腔 (14)设置在腔壁(18)的中心线上;组分浓度腔(1 和压力腔(1 的腔壁(18)上钻有连通孔(15),待测物质通过连通孔(1 进入相应腔体内,压力调节腔(14)的腔壁上有抽气孔 (32),抽气孔(3 中安装有密封盖(16),所述第二导光光纤(6)包括第一光纤段(17)、第二光纤段(21)、第三光纤段0 和第四光纤段(31);在第一光纤段(17)上设置有第一布拉格光纤光栅(19),第一布拉格光纤光栅(19)对被测液体、气体的温度进行检测,第一光纤段(17)在温度腔(11)内留出一部分光纤形成第一富余光纤00);在第二光纤段上设置有消逝场传感区(33),消逝场传感区(3 对被测液体、气体组分浓度进行检测;在第三光纤段0 上设置第二布拉格光纤光栅(23),第二布拉格光纤光栅对被测液体、气体的压强进行检测;第四光纤段(31)分布在压力调节腔(14)内,其长度大于压力调节腔(14)的长度,并形成第二富余光纤(30),第二富余光纤(30)能使活动挡板04)在沿腔壁(18)产生位移时不受第四光纤段(31)的拉力影响,保证自由活动。
2.权利要求1所述的多态气液光纤传感器,其特征在于温度腔(11)内布置有第一光纤段(17),其上设置有第一布拉格光纤光栅(19),并形成第一富余光纤(20),第一富余光纤00)能让第一布拉格光纤光栅(19)处于一个不受外力作用的状态;第一光纤段(17)的两端分别用两个固定密封圈(10)密封固定在温度腔的两个固定挡板09)上,密封固定光纤能防止第一光纤段(17)滑动产生外力变形影响测量结果,并阻止被测液体、气体沿第一光纤段(17)进入温度腔(11)中。
3.如权利要求1所述的多态气液光纤传感器,其特征在于所述组分浓度腔(1 中设置有第二光纤段(21),第二光纤段用两个固定密封圈(10)密封固定在组分浓度腔的两固定挡板09)上,用固定密封圈(10)固定能防止第二光纤段滑动,并阻止被测液体、气体沿第二光纤段进入温度腔(11),第二光纤段在组分浓度腔(1 中处于一种没有应变变形的自由状态。
4.如权利要求1所述的多态气液光纤传感器,其特征在于在压力腔(13)中设置有第三光纤段(22),其上加工有第二布拉格光纤光栅(23),第三光纤段0 用两个固定密封圈 (10)固定密封在压力腔(1 的两固定挡板09)上,上位板0 固定安装在靠近活动挡板 (24) 一侧的腔壁(18)上,在活动挡板04)上装备有密封活塞套( ),密封活塞套06)能防止被测液体、气体在活动挡板04)移动时进入压力调节腔(14)。
5.如权利要求1所述的多态气液光纤传感器,其特征在于压力调节腔(14)中的第四光纤段(31)的两端分别固定在活动挡板04)和压力调节腔(14)的固定挡板09)上,并在压力调节腔(14)中形成一段能自由活动的第二富余光纤(30),第二富余光纤(30)能使活动挡板04)在产生位移时,不受第四光纤段(31)拉力的影响;压力调节腔(14)的腔壁 (18)上固定有下位板(XT);下位板(XT)固定安装在靠近活动挡板04)的压力调节腔(14) 的腔壁上;压力调节腔(14)的腔体中装备有复位弹簧( ),复位弹簧08)的两端分别固定在活动挡板04)和压力调节腔(14)的固定挡板09)上。
6.如权利要求1所述的多态气液光纤传感器,其特征在于第二布拉格光纤光栅03) 的反射波长与第一布拉格光纤光栅(19)的反射波长不同。
7.如权利要求1所述的多态气液光纤传感器,其特征在于,所述组分浓度腔(1 能设置多个,当组分浓度腔(1 大于两个时,在传感光纤探头(7)中还设置参考腔(42),并在参考腔0 内放置参考布拉格光纤光栅G1)。
8.如权利要求1所述的多态气液光纤传感器,其特征在于,在第二导光光纤(6)上能设置多个传感光纤探头(7),多个传感光纤探头(7)串联使用,实现对被测液体、气体的温度、 压强和组分浓度的永久性、分布式的实时在线监控。
全文摘要
本发明是一种压强、温度和组分浓度同时检测的多态气液光纤传感器,其由宽波段光源、光谱分析仪器、回光导光光纤、第一导光光纤,光纤耦合器、第二导光光纤和传感光纤探头组成,在传感光纤探头上加工有对被测液体、气体温度进行检测的温度腔、对被测液体、气体压强进行检测的压力腔以及对被测液体、气体组分浓度进行检测的组分浓度腔,温度腔和压力腔中设置有反射波长不同的布拉格光纤光栅,通过检测各布拉格光纤光栅反射波长的变化测得被测液体或气体的温度及压强信息。在组分浓度腔中的光纤段上加工有消逝场传感区,利用消逝场与被测液体、气体的相互作用,通过监测光纤中相应波长段光强的衰减程度得到被测液体、气体组分浓度的大小。
文档编号G01D21/02GK102288226SQ20111021668
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者姚军, 庄须叶, 罗吉, 颜胜美 申请人:中国科学院光电技术研究所
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