一种压强传感器的制作方法

本发明涉及测量技术，尤其涉及一种压强传感器。

背景技术：

目前，压强传感器大都基于测量膜片的形变来计算得到压强大小。具体地，压强传感器的端部是一个受压膜片，光纤光栅(fbg)应变计通过膜片受压变形挤压后面埋入fbg的材料发生应变，通过应变大小计算压强大小。非本征法布里珀罗干涉仪(efpi)传感器是光纤端部对着受压膜片，光纤端部是第一个反射点，膜片中心点对着光纤端部的地方是第二个反射点，膜片变形导致中心点挠度变化，从而导致腔长发生变化。振弦传感器和fbg类似，振弦的一端接着传感器的膜片的一端，振弦的另一端接着背着膜片的一端。膜片发生变形后，这两个固定点之间的距离发生变化，导致振弦的振动频率改变，从而据此计算得到压强大小。

目前的压强传感器具有共同的特点，即：都是基于膜片微小的变形来测量压强，也即这些传感器都是基于应变的传感器，这种传感器受温度的影响比较大，需要进行温度补偿，即便如此，也会影响到压强的测量精度，并且，材料变形次数多了会产生疲劳从而产生永久漂移。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种压强传感器，该压强传感器是一种基于测量弯管挠度来反映压强的传感器。

本发明实施例提供的压强传感器，包括：位移传感器、弯管、底座；所述弯管的第一端固定在所述底座上，其中，

所述位移传感器包括第一反射部件、第二反射部件，所述第一反射部件固定在所述位移传感器的主体中，所述第二反射部件能够相对所述位移传感器的主体移动；

所述位移传感器的主体固定在所述底座上，所述第二反射部件在所述弯管的第一位置处与所述弯管连接；或者，所述第二反射部件固定在所述底座上，所述位移传感器的主体在所述弯管的第一位置处与所述弯管连接；

所述弯管内的压强发生变化时，所述弯管发生形变并带动一个反射部件移动，导致所述第一反射部件和所述第二反射部件之间的距离发生变化，通过所述位移传感器测得的位移量大小得到压强变化的大小。

本发明实施例中，所述位移传感器为基于微波谐振腔的腔长测量装置的位移传感器，所述腔长测量装置为反射式腔长测量装置、或者第二种透射式腔长测量装置，其中，所述位移传感器的两个反射部件是指两个反射率大于等于阈值的反射点。

本发明实施例中，所述位移传感器的第二反射点与探杆连接：

所述位移传感器通过所述底座伸出的用于固定所述位移传感器的零件固定在所述底座上；

所述位移传感器的探杆端部与挡板固定为一体，所述挡板固定在所述弯管的第一位置处，其中，所述第一位置为所述弯管的顶点或端点；

所述弯管因压强发生形变后，所述弯管上用于固定所述挡板的固定点相对所述底座发生移动，从而带动所述位移传感器的探杆端部发生移动，通过所述位移传感器测得的所述探杆端部的移动大小得到压强的大小；或者，

所述位移传感器的探杆端部通过连动部件固定在所述弯管的第一位置处，其中，所述第一位置为所述弯管上的一点，所述弯管上的一点至少包括顶点或端点；所述弯管因压强发生形变后，所述弯管上的所述连动部件带动所述探杆端部发生移动，从而带动第二反射点发生移动，通过所述位移传感器测得的所述第二反射点的移动量大小得到压强的大小。

本发明实施例中，所述位移传感器的探杆端部与挡板固定为一体是指：

所述位移传感器的探杆端部直接顶在所述挡板上；或者，

所述位移传感器的探杆端部通过连接零件连接在所述挡板上，其中，所述连接零件为刚接零件或者铰接零件。

本发明实施例中，所述位移传感器的第二反射点与探杆连接：

所述位移传感器的探杆通过所述底座伸出的用于固定所述探杆的零件固定在所述底座上；

所述位移传感器的端部与挡板固定为一体，所述挡板固定在所述弯管的第一位置处，其中，所述第一位置为所述弯管的顶点或端点；

所述弯管因压强发生形变后，所述弯管上用于固定所述挡板的固定点相对所述底座发生移动，从而带动所述位移传感器的端部发生移动，通过所述位移传感器测得的所述探杆的移动大小得到压强的大小。

本发明实施例中，所述位移传感器的第一反射点与外壳和内杆的第一段固定，所述位移传感器的第二反射点与外壳和内杆的第二段固定，所述外壳和内杆采用能够拉伸或压缩且保持导电连续性的结构，所述能够拉伸或压缩且保持导电连续性的结构为：所述外壳和内杆的所述第一段和所述第二段可采用如下结构连接：嵌套结构、或弹簧结构、或波纹管结构；所述位移传感器的第二段整体作为探杆，其中，所述第一反射点处的所述外壳外部固定凸起的结构作为第一固定点，所述第二反射点处的外壳外部固定凸起的结构作为第二固定点；

本发明实施例中，所述位移传感器谐振腔的一端与所述射频同轴电缆转接头连接，另一端可以是开放的，可以是密封的，也可以连接一个同轴线缆转接头且该同轴线缆转接头与外壳和内杆是接触的。以第二反射点的移动为例，该反射点的移动方式是通过一个零件的一端固定到第二反射点上，另一端伸到外壳以外，通过牵引这个零件的移动带动反射点的移动。由于零件和第二反射点连接成为一体，所以零件与第二反射点连接处在移动过程中会扫略到外壳的一部分，需要在外壳上被扫略的地方开槽，方便零件和反射点的移动，同时也不会影响外壳的导电连续性；

所述第一固定点固定在所述底座上；

所述第二固定点直接固定在所述弯管的第一位置处；或者，所述第二固定点通过铰接零件固定在挡板上，所述挡板固定在所述弯管的第一位置处，其中，所述第一位置为所述弯管的顶点或端点。

本发明实施例中，所述弯管为螺旋管，所述位移传感器的轴线与所述螺旋管的轴线重合，其中，所述弯管因压强发生形变后，所述位移传感器的探杆的移动方向与所述位移传感器的轴线方向一致。

本发明实施例中，所述弯管的第一端为封闭结构，第二端为非封闭结构；或者，所述弯管的第一端为封闭结构，在所述弯管内灌满液体后所述弯管的第二端通过膜片封住，所述膜片在受压时能够发生变形从而挤压所述弯管内的液体。

本发明实施例中，所述位移传感器为基于微波谐振腔的腔长测量装置的位移传感器，至少有一个反射点使用的是外壳内部的弯管，所述腔长测量装置为反射式腔长测量装置、或者第一种透射式腔长测量装置、或者第二种透射式腔长测量装置，其中：

所述位移传感器的第一反射部件为固定在外壳和内杆包络范围内的第一反射点，所述位移传感器的第二反射部件为所述固定在外壳上且至少有一部分是在外壳和内杆包络范围内的弯管；或者，

所述位移传感器的第一反射部件为所述固定在外壳上且至少有一部分是在外壳和内杆包络范围内的弯管，所述位移传感器的第二反射部件为固定外壳和内杆包络范围内的第一反射点；或者，

所述位移传感器的第一反射部件为固定在外壳上且至少有一部分是在外壳和内杆包络范围内的第一弯管，所述位移传感器的第二反射部件为固定在外壳上且至少有一部分是在外壳和内杆包络范围内的第二弯管，所述第一弯管和所述第二弯管反向安装，所述两个作为反射点的弯管在外部压强改变时能够向相反方向移动。

本发明实施例中，所述弯管的第一端为封闭结构，所述弯管的第二端通到管外的带有压强的气体或液体；或者，所述弯管的第一端为封闭结构，所述弯管的第二端设置有膜片，通过所述膜片与带有压强的气体或液体接触，其中，所述弯管内是液体或气体；

所述弯管因水压或气压而变形后，所述弯管的每一点都能够发生移动，通过所述位移传感器测得所述弯管上测量点的移动大小得到压强的大小。

本发明实施例中，所述位移传感器为基于非本征法布里珀罗干涉仪(efpi)的位移传感器，在所述非本征法布里珀罗干涉仪中，第一反射面是指光纤端面，第二反射面是指反光镜。

本发明实施例中，所述包含第一反射面的光纤通过所述底座上伸出的用于固定光纤的零件固定在所述底座上；

所述包含第二反射面的反光镜通过连接零件固定在所述弯管的第一位置处，其中，所述第一位置为所述弯管的顶点或端点或弯管上其他相对底座能够发生移动的点；

所述连接零件包括固定到弯管上的夹具和固定反光镜的零件，其中，所述固定弯管上的夹具与弯管固定，所述固定反光镜的零件固定在所述固定到弯管上的夹具上，所述固定反光镜的零件与所述固定到弯管上的夹具上能够通过刚接或铰接零件连接；其中，所述光纤端部的轴线垂直于所述第二反射面；

所述弯管因压强发生形变后，所述连接零件带动所述第二反射面相对所述第一反射面发生移动，通过所述非本征法布里珀罗干涉仪(efpi)位移传感器测得的所述第一反射面到所述第二反射面之间的腔长变化量得到压强的大小。

本发明实施例中，所述位移传感器为基于光学测距仪的位移传感器，在所述光学测距仪中，用于固定光学测距仪的固定点与用于固定反光板的固定点在弯管发生变形后能够发生相对移动。

本发明实施例中，所述光学测距仪通过所述底座上伸出的用于固定所述光学测距仪的零件固定在所述底座上；

所述反光板通过连接零件固定在所述弯管的第一位置处，其中，所述第一位置为所述弯管的顶点或端点或弯管上其他相对底座能够发生移动的点；

所述连接零件包括固定夹具和反光板，其中，所述固夹具定与所述反光板固定，所述固定夹具固定在所述弯管的第一位置处，所述固定夹具与所述反光板通过铰接零件连接；

所述弯管因压强发生形变后，所述固定在弯管上的夹具带动所述反光板相对所述光学测距仪发生移动，通过所述基于光学测距仪的位移传感器测得的所述反光板到所述光学测距仪之间的距离变化得到压强的大小。

本发明实施例中，所述弯管为螺旋管，所述光学测距仪的光轴与所述螺旋管的轴线重合，其中，所述弯管因压强发生形变后，所述反光板的移动方向与所述螺旋管的轴线方向一致。

本发明实施例中，所述弯管的形状为非直线形，其中，所述弯管的轴线为平面内的曲线或折线，或者为空间中的曲线，所述空间中的曲线至少包括螺旋线；

所述弯管的断面为闭合形状，所述闭合形状至少包括圆环、椭圆环、方孔形，其中，所述弯管的每个断面具有相同的形状和/或尺寸，或者具有不同的形状和/或尺寸。

本发明实施例中，所述位移传感器至少还包括：fbg位移计、或振弦式位移计、或差阻式位移计，其中，所述位移传感器通过测量所述弯管的挠度来计算所述弯管上的压强。

本发明实施例的技术方案中，压强传感器包括：位移传感器、弯管、底座；所述弯管的第一端固定在所述底座上，其中，所述位移传感器包括第一反射部件、第二反射部件，所述第一反射部件固定在所述位移传感器的主体中，所述第二反射部件能够相对所述位移传感器的主体移动；所述位移传感器的主体固定在所述底座上，所述第二反射部件在所述弯管的第一位置处与所述弯管连接；或者，所述第二反射部件固定在所述底座上，所述位移传感器的主体在所述弯管的第一位置处与所述弯管连接；所述压强发生变化时，所述弯管发生形变并带动一个反射部件移动，导致所述第一反射部件和所述第二反射部件之间的距离发生变化，通过所述位移传感器测得的位移量大小得到压强变化的大小。采用本发明实施例的技术方案，至少具有以下优点：测量精度高、信噪比高、设备性价比高。

附图说明

图1为基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的传感器的原理结构示意图；

图2中(a)为基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的传感器包含内杆的结构示意图；

图2中(b)为基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的传感器不包含内杆的结构示意图；

图3为基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的传感器的反射和透射振幅谱图；

图4为外壳常用的断面图；

图5为内杆常用的断面图；

图6为常用的反射点的断面图。

图7是外壳或内杆分段连接以后，外壳与外壳连接，或者内杆与内杆连接处的示意图；

图8中(a)是基于反射的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的位移传感器的结构示意图；

图8中(b)是基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的透射结构且带有正反馈环路的位移传感器的结构示意图；

图8中(c)是基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的透射结构且无环路的位移传感器的结构示意图；

图8中(d)是基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的一种特殊的反射结构的位移传感器的结构示意图；

图9为五种弯管或波登管的结构示意图；

图10为位移计端部与弯管连接的几种方法的结构示意图；

图11为位移计安和挡板安装在波登管上的安装方法示意图；

图12为位移计安和挡板安装在螺旋管上的安装方法示意图；

图13中(a)为弯管作为第二个反射点的反射式空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的压强传感器的结构示意图；

图13中(b)为弯管作为第二个反射点的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第一种透射且带有正反馈环路的压强传感器的结构示意图；

图13中(c)为弯管作为第二个反射点的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第一种透射且无环路的压强传感器的结构示意图；

图13中(d)为弯管作为第二个反射点的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第二种透射且带有正反馈环路的压强传感器的结构示意图；

图13中(e)为弯管作为第二个反射点的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第二种透射且无环路的压强传感器的结构示意图；

图14为法布里珀罗原理光纤端面和反光镜安装在波登管上的安装方法示意图；

图15为光学测距仪和反光板安装在波登管上的安装方法示意图；

图16为光学测距仪和反光板安装在螺旋管上的安装方法示意图。

附图标记说明：

1-外壳，可以是空心管，杆，弹簧或者其他形状的连续导体；2-内杆，可以是空心、实心，也可以是弹簧或者其他形状的连续导体；3-第一个反射点，可以是导体或者绝缘体，可以与外壳或者内杆连接，也可以不连接，可以是任意形状或者多个零件的组合体；4-第二个反射点，属性同第一个反射点；5-谐振腔，内部可以是气体或者液体；6-同轴线缆转接头；7-同轴线缆转接头的中心信号针；8-传输用的同轴线缆；9-矢网分析仪或标量微波分析仪；10-定向耦合器；11-波形放大器；12-计频器；13-同轴线缆转接头；15-外壳1和内杆2端部的密封装置，可以是导体，可以是绝缘体，可以是闭合或者非闭合形状，也可以是同轴线缆转接头；16-左端管或杆对接零件；17-右端管或杆对接零件；18-导体做的转轴；19-导体波纹管，多用金属；20-牵连运动的零件，该零件一端固定到反射点上，另一端伸到外壳以外，通过牵引这个零件的移动带动反射点移动；21-位移计上内杆的套筒；22-位移计探杆；23-位移计上防止套筒晃动的装置，具有防晃和密封功能；24-左端外壳；25-右端外壳；26-左端内杆；27-右端内杆；28-左端固定点；29-右端固定点；30-弯管；31-弯管的加压口，可以是一个孔，也可以是一个受压膜片；32-弯管的底座；33-底座上伸出的固定传感器的零件；34-铰接构件的第一个零件，可以是位移计探杆的端头，也可以是固定反光镜或反光板的零件；35-夹具，用来将反光镜或位移计探杆端部等零件固定在弯管上；36-两端带铰的过渡零件；38-一端固定探杆端头，另一端是铰的零件；40-基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔等原理的位移传感器；41-解调系统；42-作为第二反射点的弯管；50-第一反射面，一般是光纤端面；51-第二反射面，一般是反光镜；52-传输光纤；53-光纤保护套；54-密封塞；55-压强传感器外壳；60-光学测距仪；61-反光板；62-传输电缆；63-传输电缆保护套。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种新型的微波谐振腔的腔长测量装置，其中，微波谐振腔具体为空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔，通过本发明实施例的腔长测量装置能够对空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的腔长进行测量。本发明实施例结合腔长测量装置以及辅助的机械设计，可以将腔长测量装置改装成如下传感器：位移传感器、(无阻力)应变传感器、滑移传感器、角度传感器、测力传感器(也称为测力计)、基于位移折减的位移传感器、液位传感器(也称为液位计)以及压强传感器等。

本发明实施例的技术方案中，传感器基于不同的机械传动模式能够高精度的测出位移、应变、滑移量、角度、力、液位和压强的大小，测量的原理是基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的原理，这里，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔包括：一个外壳、一个内杆(可有可无)、一个谐振腔和两个反射点，谐振腔的结构方便制作，利用谐振腔内反射点的移动，可以测量静力和动力作用下的位移、应变、滑移、角度、力和压强等物理量。此外，传感器的温度补偿非常方便，并且不受电磁等因素的影响。本发明的传感器大多不需要温度补偿，需要温度补偿的情况下，通过多个反射点或者其他原理的温度计均可进行温度补偿，可以实现位移、应变、滑移或角度等参数与温度的共同监测。本发明实施例设计的传感器，具有精度高、抗干扰能力强和耐久性强等优点，具有广泛的应用前景，特别适用于高精度测量结构静力和动力作用下的力学性能以及环境温度。由于传感器采用的材料性能稳定，可以轻易实现在零下六十度到零上数百度之间工作，通过更换制作材料可在更大的温度范围内工作。总而言之，本发明实施例的传感器不受任何电磁信号的干扰，温度对其影响也极小，并且温度补偿非常容易实现。

本发明实施例中的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔，类似于传统的光学法布里珀罗谐振腔(f-p腔)，与光学法布里珀罗谐振腔不同的是，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔基于射频同轴电缆而制作，是基于微波原理的传感器。

在本发明实施例中，两个反射点为高反射点，这里，高反射点的反射率一般都高于50％，少数情况下小于50％，但是不会低于20％，由于每个反射点的反射率较高，因此不适合做成分布式传感器。法布里珀罗谐振腔属于多路干涉造成的谐振现象，具有解调精度高，信噪比高，解调设备性价比高等特点。

在本发明实施例中，提出了一种全新的自加工的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔平台，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的内部绝缘体一般为空气，特殊应用时可以填充液体。

为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。

图1为本发明实施例的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的示意图。一个空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔(也即微波谐振腔)由一个空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔和两个具有高反射率的反射点组成(两个反射点分为称为第一反射点和第二反射点)，其中，所述第一反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第一位置处，所述第二反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第二位置处，两个反射点之间的距离一般超过1cm。

这里，空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔大多由外导体(也即外壳)和内导体(也即内杆)构成，如图1所示，外壳1和内杆2均为连续导体，所述连续导体为：单个导电零件、或者多个导电零件连接而成。在一实施方式中，可以仅有外壳1，没有内杆2。在另一实施方式中，可以同时具有外壳1和内杆2。

外壳1和内杆2之间的谐振腔内的介质为以下之一：真空、气体、液体、固体；其中，当所述介质为固体时，所述固体填充到所述反射点移动的范围以外。在空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内行进的电磁波主要反射在第一反射点上，一部分能量发生反射，其余部分的剩余能量会透射过去，并且到达第二反射点。在第二反射点处，再次有一小部分的电磁波被反射，并多次重复往返(往返次数由反射点的反射率决定)。两个反射点的反射率越高，往返次数就会越多，此时谐振腔的反射振幅谱或透射振幅谱的质量因数就会越高。上述方案中，反射点可以由同轴电缆的阻抗偏差产生，或者由内外导体短路或断路产生。两个反射点可以产生一个微波的相位延迟δ，其计算公式如下：

其中，f为微波频率，εr为同轴电缆内部材料的介电常数(空气为1)，d为谐振腔的频率，c为真空中的光速。

一个空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔反射电场和透射电场的振幅谱由以下公式表示：

其中，r为反射振幅谱，t为透射振幅谱。r为反射点的反射率，公式(2)假设两个反射点的反射率相同并且法布里珀罗谐振腔的插入损耗为零。

图3为本发明实施例的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的反射振幅谱和透射振幅谱。如图3所示，可以观察到多个谐振频率，包括基波和谐波。在图3中可以观察到许多小的波纹，这是由于仪器接口和同轴电缆之间的阻抗不完全匹配引起反射造成。使用空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔制作传感器的基本思想是基于从反射振幅谱或透射振幅谱可以精确计算出两个反射点的距离。

以下结合具体结构对本发明实施例的微波谐振腔的腔长测量装置进行详细描述，本发明实施例的腔长测量装置包括：微波谐振腔、解调设备，其中，微波谐振腔是指图1所示的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔。在本发明的全部实施例中：

1)外壳1/内杆2可以是一个导体零件，也可以是多个导体零件连接在一起(确保连接处的导电性)，可见，外壳1/内杆2是一个连续导体。全部图中画的一个导体零件未必代表一个简单的导体零件，也可以代表多个导体零件通过不同连接方式组成的复合导体零件。

2)关于第二反射点的移动：

2.1)当既有外壳又有内杆时，可以是单独移动第二反射点；可以将第二反射点与外壳和/或内杆固定，然后共同移动外壳和/或内杆以及第二反射点来实现第二反射点的移动。当外壳和/或内杆和第二反射点固定成一个整体时，移动第二反射点会导致部分外壳和/或内杆都要发生移动，而外壳和/或内杆必须保证导电的连同性，因此，外壳和/或内杆要用到嵌套结构、弹簧结构或者波纹管结构等可以适应较大拉伸或压缩且能保持导电连续性的结构。在发明实施例中提到的位移计等传感器均可使用这样的结构。

此外，可以在外壳和内杆分别是一个整体零件时，也就是没有嵌套结构等可以伸缩的性能。所述第一反射点或所述第二反射点能够随着外壳和内杆一起移动或者单独移动；其中，在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的另一端为密封结构或者连接另一个射频同轴电缆转接头的情况下，所述第一反射点或所述第二反射点固定在一个零件的一端，所述零件的另一端伸到外壳以外，通过牵引所述零件的移动带动与其固定的反射点的移动，所述零件带动所述反射点在移动过程中扫略到外壳的区域上具有槽，以便所述零件沿着所述槽移动。

2.2)当有外壳没有内杆时，可以是单独移动第二反射点，也可以将第二反射点与外壳固定，然后共同移动外壳以及第二反射点来实现第二反射点的移动。当外壳和第二反射点固定成一个整体时，移动第二反射点会导致部分外壳要发生移动，而外壳必须保证导电的连同性，因此，外壳要用到嵌套结构、弹簧结构或者波纹管结构等可以适应较大拉伸或压缩且能保持导电连续性的结构。

以上仅为本发明实施例中的其中一种位移测量原理，值得注意的是，本发明实施例的技术方案可以采用任何位移测量原理实现如下方案：测量弯管(如波登管)的挠度来反映压强的变化。其中，位移测量原理可以基于以下设备实现：法布里珀罗测距仪或光学测距仪等光学测距设备、空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔等位移传感器、efpi位移计、fbg位移计、振弦式位移计或差阻式位移计等各种原理的位移计。

实施例1：微波谐振腔的腔长测量装置

腔长测量装置包括：微波谐振腔、解调设备；其中，微波谐振腔包括空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔、第一反射点、第二反射点，其中，所述第一反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第一位置处，所述第二反射点设置在所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔内部的第二位置处，所述第一位置和/或所述第二位置能够发生移动；所述第一反射点和所述第二反射点的反射率大于等于预设阈值；所述解调设备与所述微波谐振腔相连，用于对所述微波谐振腔内的微波信号进行分析，得到所述微波谐振腔的腔长，其中，所述微波谐振腔的腔长为所述第一反射点与所述第二反射点之间的距离。

本实施例中的腔长测量装置分为以下三种类型：

1)反射式腔长测量装置，在所述反射式腔长测量装置中：

所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的一端连接至射频同轴电缆转接头，所述射频同轴电缆转接头通过同轴电缆连接至所述解调设备，其中，所述解调设备为：矢量网络分析仪、或微波发生源加标量网络分析仪、或微波时域反射仪；所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的另一端为开放结构、或者密封结构、或者连接另一个射频同轴电缆转接头且该射频同轴电缆转接头与外壳和内杆均接触。

2)第一种透射式腔长测量装置，在所述第一种透射式腔长测量装置中：

所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第一端连接至第一射频同轴电缆转接头，所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第二端连接至第二射频同轴电缆转接头，所述第一射频同轴电缆转接头与所述第二射频同轴电缆转接头之间通过同轴电缆连接有所述解调设备。

这里，所述腔长测量装置至少具有以下模式：正反馈环路模式、无环路模式；其中，

所述正反馈环路模式中，所述解调设备包括：定向耦合器、波形放大器、计频器/频谱仪，其中，所述第一射频同轴电缆转接头与所述定向耦合器连接、所述波形放大器以及所述第二射频同轴电缆转接头依次连接，所述计频器/频谱仪与所述定向耦合器连接；

在所述无环路模式中，所述解调设备为矢量网络分析仪、或标量微波分析仪。

进一步，所述正反馈环路模式包括：微波正反馈环路、基于光电振荡器的正反馈环路；其中，

在所述微波正反馈环路中，包括：同轴电缆环路、微波定向耦合器、微波放大器或者微波功率分离器，所述解调设备中的各器件通过同轴电缆环路连接；

在所述基于光电振荡器的正反馈环路中，包括：高速光电解调器、激光或发光二极管光源、光纤环路、光纤耦合器、微波放大器或者光学放大器、微波定向耦合器或者微波功率分离器、计频器/频谱仪，所述解调设备中的各器件通过光纤环路连接。

3)第二种透射式腔长测量装置，在所述第二种透射式腔长测量装置中：

所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的第一端连接至第一射频同轴电缆转接头，所述空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的外壳壁连接至第二射频同轴电缆转接头，所述第一射频同轴电缆转接头与所述第二射频同轴电缆转接头之间通过同轴电缆连接有所述解调设备。

这里，所述腔长测量装置至少具有以下模式：正反馈环路模式、无环路模式；其中，

所述正反馈环路模式中，所述解调设备包括：定向耦合器、波形放大器、计频器/频谱仪，其中，所述第一射频同轴电缆转接头与所述定向耦合器连接、所述波形放大器以及所述第二射频同轴电缆转接头依次连接，所述计频器/频谱仪与所述定向耦合器连接；

在所述无环路模式中，所述解调设备为矢量网络分析仪、或标量微波分析仪。

进一步，所述正反馈环路模式包括：微波正反馈环路、基于光电振荡器的正反馈环路；其中，

在所述微波正反馈环路中，包括：同轴电缆环路、微波定向耦合器、微波放大器或者微波功率分离器、计频器/频谱仪，所述解调设备中的各器件通过同轴电缆环路连接；

在所述基于光电振荡器的正反馈环路中，包括：高速光电解调器、激光或发光二极管光源、光纤环路、光纤耦合器、微波放大器或者光学放大器、微波定向耦合器或者微波功率分离器、计频器/频谱仪，所述解调设备中的各器件通过光纤环路连接。

本实施例中，各个核心器件的标号如下：外壳1、内杆2、第一反射点3、第二反射点4、谐振腔5、射频同轴电缆转接头6、矢量网络分析仪或标量微波分析仪9、定向耦合器10、波形放大器11、计频器12、射频同轴电缆转接头13，其中：

外壳1是指连接到射频同轴电缆转接头外圈的连续导体，该导体可以是管，可以是半圆管，可以是弹簧，可以是一根杆，也可以是多个导体通过导电的连接件连接而成的组合导体。例如：两个或多个嵌套的导体管，两个或多个通过金属连接件连通的导体管，等等。图4列举了外壳常用的断面图。图7列举了多个零件构成外壳时，不同段外壳之间常用的连接方式。

内杆2也是连续导体，与外壳1同样，内杆2也可以是不同几何形状，断面形状可以是圆形、矩形或者半圆形等等，可以是直杆，可以是弹簧等曲线杆，也可以是多个导体连接在一起的连接件。特殊情况下，腔长测量装置可以不用内杆，通过解调设备对信号解调仍然可以测出需要的参数。图5列举了内杆常用的断面图。图7列举了多个零件构成内杆时，不同段内杆之间常用的连接方式。

第一反射点3和第二反射点4指的是在外壳和内杆的包络范围之内的一些物体，可以是各种形状，可以是不同大小，不同材料，也可以是多个零件的组合。只要能起到反射作用即可。如果反射点是连通外壳和内杆的导体，那么这一点的反射率就会很高，如果不是连通外壳和内杆导体，反射率会低一些。图6列举了反射点常用的断面图，图中阴影部分为反射点。

谐振腔5指的是第一反射点和第二反射点之间，同时在外壳和内杆之间的谐振腔，一般谐振腔内的介质为真空、气体、液体或者固体，如果是固体，那么固体不可以填充到反射点的移动范围内，这样才不会影响反射点的移动。

射频同轴电缆转接头6一般采用sma接头，也可以是其他接头，射频同轴电缆转接头6的外圈连接外壳1，射频同轴电缆转接头的中心信号针7连接内杆2。此外，射频同轴电缆转接头13一般是公转母接头或者公转公接头。解调设备与微波谐振腔之间的接口不局限于常用的sma接头或公转公、公转母接头，还可以是其他形式的射频同轴电缆转接头。

矢量网络分析仪或标量微波分析仪9是测量空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的反射振幅谱或透射振幅谱的设备。

定向耦合器10是为了形成正反馈电路的关键器件。

波形放大器11是为了提高正反馈电路的增抑比的器件。

计频器12是为了测量空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的反射谐振或透射谐振频率。

定向耦合器10、波形放大器11和计频器12共同构成空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的正反馈解调系统，与矢量网络分析仪或标量微波分析仪9同理，都称之为解调设备。

图1是空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的核心原件，包括外壳1、内杆2、第一反射点3、第二反射点4和谐振腔5。

图2中的(a)和(b)分别表示空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔不包括内杆和包括内杆的两种情况，其中，外壳和内杆可以是多种形状，可以是多种导体的连接结构，两个反射点只要在外壳1和内杆2的包络范围内即可。

图4表示常用的外壳1的断面图，可以是圆环、方框或者各种不规则形状，外壳甚至可以是弹簧或者一个圆杆。也可以分成多个导体连接在一起的组合，只要满足连续导体即可。

图5表示常用内杆2的断面图，内杆可以是空心的，也可以实心的，断面可以是多种样式，常用的断面有圆形、矩形和正多边形。内杆2可以是弹簧等空间曲线结构。内杆2也可以分成多个导体连接在一起的组合，只要满足连续导体即可。

图6是常用的反射点3或4的断面图，可以是各种形状。反射点可以是导体，也可以是绝缘体，只要有一分部在外壳1和内杆2的包络范围内即可；反射点可以与外壳和/或内杆接触，也可以不接触。以常用的外壳1是圆筒和内杆是圆杆的情况为例，反射点可以是填充在外壳1和内杆2之间的圆筒体或圆环体，也可以是一个遮盖部分外壳1和内杆2之间空腔的物体，比如图6中的第3、4和5幅图所示的一个小圆杆或者多孔圆片等等。

图7是外壳1或内杆2分段连接以后，外壳与外壳连接，或者内杆与内杆连接处的示意图。图7中画出了常用的是连接方式，包括搭接、错位、嵌套、或者用转轴连接，以及用导体波纹管连接，总之当分段的外壳1或内杆2的不同段之间发生相对移动或转动时，满足外壳1或内杆2的导电连续性即可。

实施例2：位移传感器

位移传感器包括实施例一所述的腔长测量装置，其中，所述微波谐振腔的腔长变化量表征所述第二反射点相对于所述第一反射点的位移。这里，列举一种基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的位移传感器。位移传感器的四种构造如图8中的(a)、(b)、(c)和(d)所示。

图8中(a)是基于反射的空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的位移传感器的结构示意图。当没有内杆2时，外壳1与射频同轴电缆转接头6连接。当有内杆2时，外壳1和内杆2都要和射频同轴电缆转接头6连接。3和4分别为第一反射点和第二反射点，如果外壳1和内杆2与射频同轴电缆转接头6连接时，连接处已经带有一定的反射性，可以把这个连接处作为第一反射点。矢量网络分析仪或标量微波分析仪9用来发射和接收微波信号从而判断谐振腔5的长度，也就是第一反射点3和第二反射点4之间的有效距离。探杆22、内杆的套筒21和第二反射点4呈一体结构，当发生位移时，位移通过移动探杆22牵动第二反射点4发生运动，第二反射点4的移动量就是位移量。

位移传感器用到的透射结构，指的是射频同轴电缆转接头6在外壳1和内杆2的左端与外壳1和内杆2连接。当没有内杆2时，指的就是射频同轴电缆转接头6在外壳1和内杆2的左端与外壳1连接。另一个射频同轴电缆转接头13连接到外壳的壁上，而非在右端部。

图8中(b)是基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的透射结构且带有正反馈环路的位移传感器的结构示意图。用一个射频同轴电缆转接头6连接在外壳1的左端，中间的内杆2可有可无。以有内杆2的情况为例，内杆2的左端连接射频同轴电缆转接头6的中心信号针7。两个反射点3和4在外壳1和内杆2之间，特殊情况下，外壳1、内杆2与射频同轴电缆转接头6的连接处可以作为反射点。在外壳的某一点固定一个射频同轴电缆转接头13，并且该射频同轴电缆转接头通过同轴电缆连接到波形放大器11上，射频同轴电缆转接头6通过同轴电缆连接到定向耦合器10上，并且将10和11相连，最后把定向耦合器10连接到计频器12上。探杆22、内杆的套筒21和第二反射点4呈一体结构，当发生位移时，位移通过移动探杆22牵动第二反射点4发生运动，第二反射点4的移动量就是位移量。

图8中(c)是基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的透射结构且无环路的位移传感器的结构示意图。用一个射频同轴电缆转接头6连接在外壳1的左端，中间的内杆2可有可无。以有内杆2的情况为例，内杆2的左端连接射频同轴电缆转接头6的中心信号针7。两个反射点3和4在外壳1和内杆2之间，特殊情况下，外壳1、内杆2与射频同轴电缆转接头6的连接处可以作为反射点。两个射频同轴电缆转接头6和13分别通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪或标量微波分析仪9上，构成一个透射的环路。探杆22、内杆的套筒21和第二反射点4呈一体结构，当发生位移时，位移通过移动探杆22牵动第二反射点4发生运动，第二反射点4的移动量就是位移量。

需要注意的是，本发明实施例中图8中(a)、(b)和(c)中的外壳1和内杆2未必是一个导体零件，也可以是多个导体零件连接在一起，但是要确保连接处的导电性。关于第二反射点的移动，当既有外壳又有内杆时，可以是单独移动第二反射点，也可以将第二反射点与外壳或内杆或者与两者都固定，然后共同移动外壳、内杆和第二反射点来实现第二反射点的移动。当外壳、内杆和第二反射点固定成一个整体时，移动第二反射点会导致部分外壳和内杆都要发生移动，而外壳和内杆必须保证导电的连通性。因此，外壳和内杆要用到嵌套结构、弹簧结构或者波纹管结构等可以适应较大拉伸或压缩且能保持导电连续性的结构，如图7所示。没有内杆时，保证外壳的导电连续性即可。

此外，基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的位移传感器还有一种特殊情况，如图8中(d)所示，按照谐振腔的左端与所述射频同轴电缆转接头连接来考虑，此时谐振腔的右端可以是开放的，可以是密封的，也可以连接一个同轴电缆转接头且该同轴电缆转接头与外壳和内杆是接触的。图8中(d)是右端是同轴电缆转接头的工况。以第二反射点4的移动为例，该反射点的移动方式是通过一个零件20的一端固定到第二反射点4上，另一端伸到外壳以外，通过牵引这个零件20的移动带动反射点的移动。由于零件20和第二反射点4连接成为一体，所以零件20与第二反射点4连接处在移动过程中会扫略到外壳的一部分，需要在外壳上被扫略的地方开槽，方便零件20和反射点的移动，同时也不会影响外壳的导电连续性。

本发明实施例中，40代表的位移传感器种类也可以是基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的位移传感器、efpi位移传感器、fbg位移传感器、振弦式位移传感器或差阻式位移传感器等各种原理的位移传感器。

实施例3：弯管的模式和位移传感器的固定方式

弯管的形式有很多种，只要不是直线管，都可以定义成弯管，弯管的轴线可以是平面内的曲线或者折线，也可以是空间螺旋等各种空间曲线；管的断面可以是圆环、椭圆环形，也可以是方筒形等各种闭合形状；管的每一个断面可以是相同形状和尺寸的，也可以是不同形状和不同尺寸的，比如变径结构等等。图9中列举了一些弯管的常用形状。弯管的基本特点，就是有一端是封闭的，另一端可以不封闭，也可以在管内灌满液体以后，另一端用一个受压可以变形的膜片封住。最常见的弯管是波登管。本发明实施例通过c型波登管来举例说明位移传感器的工作原理和性能。

位移传感器的固定方式有一定要求，最主要的核心准则，就是电学或光学等位移传感器主体的固定点和挡板或反光板的固定点之间的距离在压强发生变化弯管发生变形后，一定要有相对位移。通过不同压强下对应的位移的大小即可标定压强的大小。以基于空心同轴电缆-法布里珀罗谐振腔的位移传感器的原理为例，由于这两个固定点之间不排除发生转动，所以一般要么探杆的端头34固定在夹具35上，要么探杆的端头34和夹具35之间用一个或多个铰接零件连接，使其可以适应两个固定点之间的相对转动性。图10列出了五种探杆的端头34和夹具35之间的连接方式，当然，也可以使用球铰等其他连接方法。

值得注意的是，当使用光学测距方法测量时，只要保证光轴64与挡板基本垂直即可。

本发明实施例中的压强传感器包括：位移传感器、弯管、底座；所述弯管的第一端固定在所述底座上，其中，所述位移传感器包括第一反射部件、第二反射部件，所述第一反射部件固定在所述位移传感器的主体中，所述第二反射部件能够相对所述位移传感器的主体移动；所述位移传感器的主体固定在所述底座上，所述第二反射部件在所述弯管的第一位置处与所述弯管连接；或者，所述第二反射部件固定在所述底座上，所述位移传感器的主体在所述弯管的第一位置处与所述弯管连接；所述弯管内的压强发生变化时，所述弯管发生形变并带动一个反射部件移动，导致所述第一反射部件和所述第二反射部件之间的距离发生变化，通过所述位移传感器测得的位移量大小得到压强变化的大小。

下面基于各种类型的位移传感器对本发明实施例的压强传感器进行具体解释说明。

实施例4：基于微波谐振腔的腔长测量装置的位移传感器测量弯管挠度的压强传感器

图8中(a)、(b)、(c)所示的基于微波谐振腔的腔长测量装置的位移传感器通过底座上伸出的固定传感器的零件33固定在弯管的底座32上；夹具35要固定在弯管上的某一点，大多固定在顶点或者端点，如图13所示；同时位移传感器的探杆端部34与夹具35可以固定为一体，位移传感器探杆端部34也可以直接顶在夹具35上，还可以通过连接零件刚接或者铰接固定在夹具35上，总之，弯管内部受压发生变形以后，弯管上固定夹具35的点会相对底座32发生移动，从而带动位移传感器探杆端部34发生移动，通过位移传感器40测量位移传感器探杆端部34的移动量即可反映压强的大小。数据可以通过同轴电缆传输线8导出，通过解调系统41得到测出的位移量。如果是图8中(d)所示的位移传感器，那么位移计主体固定在底座32上，第二反射点4的移动方式是通过一个零件20的一端固定到第二反射点4上，另一端伸到外壳以外，将零件20固定在弯管上的一点，通过弯管变形牵引这个零件20的移动带动反射点的移动。

图10列出了几种位移传感器端头与弯管连接的方法，34表示位移传感器的端头，35表示夹具，两者可以用铰连接，也可以接触但是不固定，还可以固定连接或用多个铰进行连接。总之，可以保证弯管上一点发生移动时，可以带动位移传感器的端头发生移动即可。

图11中(a)、(b)、(c)和(d)列出了几种固定位移传感器和挡板的方法，常用方法是将位移传感器固定在底座上，探杆固定在弯管上；或者探杆固定在底座上，位移传感器固定在弯管上。位移传感器垂直于挡板的轴线即可，位移传感器的轴线和挡板的方向可以指向任意方向。只要满足弯管受压变形以后，位移计的位移量发生变化的固定方法均可行。

图12是一种特殊形状的基于位移传感器的压强传感器，将位移传感器40通过底座上伸出的固定传感器的零件33固定在弯管的底座32上，弯管30采用螺旋管，与位移计探杆端头固定的夹具35固定到螺旋管的顶部，位移传感器的轴线与螺旋管的轴线重合，可以使得压强发生变化时，位移传感器探杆的运动方向就是位移传感器的轴线方向，而且可以使位移传感器探杆端部34的移动量超过一般的c型等类型的波登管，提高测量精度。

实施例5：基于微波谐振腔的腔长测量装置的位移传感器中，弯管作为第二反射点的压强传感器

图13是另一种特殊的基于弯管作为第二反射点的压强传感器。这种传感器是一个基于反射或者透射的微波谐振腔测量腔长原理的传感器。图中列出了反射式腔长测量装置，如图13中(a)；第一种透射式且带有正反馈环路的腔长测量装置，如图13中(b)；第一种透射式且无环路的腔长测量装置，如图13中(c)；第二种透射式且带有正反馈环路的腔长测量装置，如图13中(d)；第二种透射式且无环路的腔长测量装置，如图13中(e)。在此基础上，以下阐述压强传感器的结构特点。

假设第一反射点就是固定点，用一个弯管作为第二反射点，弯管在管内的一端是封闭的，通往管外的另一端可以直接通到管外的带有压强的气体或者液体，也可以用一个可以变形的膜片连接到管的端部，膜片外就是水压或气压，类似于常见的波登管。这样水压或气压挤压膜片变形，可以通过膜片挤压弯管内液体受压导致弯管发生变形，从而弯管每个点的挠度发生变化。按照图13中的示意图，当压强改变时，弯管的端部会左右移动，从而改变第二反射点的位置，通过第二反射点的位置的改变量大小可以确定压强的大小。

同理，可以固定第二反射点，用弯管作为第一反射点。还可以用两个弯管反向安装，作为两个反射点，当压强改变时，两个弯管向相反方向移动，提高了压强传感器的灵敏度。

实施例6：基于非本征法布里珀罗干涉(efpi)仪测量弯管挠度的压强传感器

基于efpi原理的压强传感器，光纤端面作为第一反射面50通过底座上伸出的固定传感器的零件33固定在弯管的底座32上；第二反射面51要通过零件34和35固定在弯管上的某一点，并通过零件34和35之间的铰来调节角度，使得光纤的轴线可以精确的垂直于第二反射面51，即第一反射面50平行于第二反射面51。大多情况下，零件35固定在顶点或者端点，如图14所示。总之，弯管内部受压发生变形以后，弯管上零件34和35会带动第二反射面51相对底座32发生移动，即相对第一反射面50发生移动，通过测量第一反射面到第二反射面之间的距离变化即可反映压强的大小。测量时，通过传输光纤52可以将信号传输到光谱解调系统，从而通过解调得到efpi的腔长。整个传感器用外壳55进行保护，外壳以外的光纤需要用光纤保护套52进行保护，而且在光纤伸出外壳的地方要用密封塞54进行密封。

本实施例中，安装第一反射面和第二反射面时，只要确保两个反射面平行即可，即只要光纤轴线垂直于第二反射面即可。对第一反射面和第二反射面的法线方向没有具体要求，例如第二反射面51也未必平行于固定第二反射面处弯管的切线，如图14中(d)所示。当然，也可以将光纤固定在弯管上，第二反射面固定在底座上，如图14中(c)所示。也可以将光纤和第二反射面都固定到弯管上，只要满足压强改变时，efpi的腔长发生变化的结构均可以使用。

实施例7：基于光学测距仪的压强传感器

本发明实施例的方案与实施例6的传感器类似，区别在于实施例6中的efpi可以高精度的测量小腔长变化量，即第一反射面和第二反射面之间的距离一般不超过1mm。而光学测距仪可以测量很大的腔长变化量，距离可从微米级到米级不等。光学测距仪可以采用不同的测距原理，如红外测距仪或者激光测距仪等各种光学测距仪。压强传感器的结构如图15所示。

光学测距仪60通过底座上伸出的固定传感器的零件33固定在弯管的底座32上；反光板61要通过零件34和35固定在弯管上的某一点，并通过零件34和35之间的铰来调节角度，使得光学测距仪的光轴64可以垂直于反光板61。大多情况下，零件35固定在顶点或者端点，如图15所示。总之，弯管内部受压发生变形以后，弯管上零件34和35会带动反光板61相对底座32发生移动，即相对光学测距仪60发生移动，通过测量光学测距仪60与反光板61之间的距离变化即可反映压强的大小。整个传感器用外壳55进行保护，外壳以外的传输电缆需要用电缆保护套63进行保护，而且在传输电缆62伸出外壳的地方要用密封塞54进行密封。

本实施例中，安装光学测距仪60与反光板61时，只要确保光轴64大致垂直于反光板即可，垂直度没有实施例5中efpi传感器要求的那么高。对光轴64和反光板法线的方向没有具体要求，即只要光轴64大致垂直于反光板即可。例如反光板51的法线也未必垂直于固定反光板处弯管的切线，如图15中(d)所示。当然，也可以将光学测距仪60固定在弯管上，反光板61固定在底座上，如图15中(c)所示。

图16是一种特殊形状的基于光学测距仪的压强传感器，将光学测距仪60通过底座上伸出的固定传感器的零件33固定在弯管的底座32上，弯管30采用螺旋管，光学测距仪的光轴64与螺旋管的轴线重合，可以使得压强发生变化时，反光板61的运动方向就是螺旋线轴线方向，即光轴64方向，而且可以使反光板61的移动量超过一般的c型波登管，提高测量精度。

本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。