一种光纤f-p腔式动高压传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种光纤F-P腔式动高压传感器，它由膜片体、上陶瓷插芯、支撑圆柱、安装壳体、下陶瓷插芯、插芯固定帽、导向定位杆、光纤、保护套和固定接头。膜片体与安装壳体前端固定后形成传感器的感压面，上陶瓷插芯置于支撑圆柱内，两者的上端面平齐并与膜片体紧密接触，支撑圆柱的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面，下陶瓷插芯（带尾纤）通过插芯固定帽与导向定位杆固定在一起装入安装壳体，上陶瓷插芯的下端面与下陶瓷插芯的上端面之间即形成F-P腔，在安装壳体的下部旋入保护套，带有光纤护套的光纤通过固定接头固定于保护套下端。本发明结构简单，制作方便快捷，成本低。
【专利说明】—种光纤F-P腔式动高压传感器
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感【技术领域】，特别是涉及一种大量程的基于光纤F-P腔的高压力高频响传感器。
【背景技术】
[0002]从20世纪70年代起，伴随着低损耗光纤的诞生和光纤通信技术的迅猛发展，光纤传感技术逐步发展成为世界各国竞相研究的高新技术之一。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。正是由于光纤传感器与传统的电子学传感器在信息载体、传输介质上的差别，决定了光纤传感器具有传统电子学传感器无法比拟的优势:I)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，耐高压，耐腐蚀，不会产生火花、高温、漏电等不安全因素，在易燃易爆等恶劣环境下使用安全可靠；2)光纤极细而柔软，可制成非常小巧的光纤传感器用于特殊对象及场合的参数测量；3)光纤传感器可以串/并联复用，更重要的是还可以进行分布式传感测量，容易形成传感器网络或者阵列；4)光纤传感器可以埋入复合材料或结构中来实现材料、结构内部应变分布的实时监测，即制成光纤智能材料和结构；5)光纤传输光波损耗小,可以不受任何电磁干扰地实现远距离测量和控制。但目前能够直接用于恶劣环境下(如高温、高压、强电磁干扰等)动态高压测量的光纤传感器很少，如军工生产和战略战术武器研制领域的爆炸冲击波压力测量等。
[0003]在众多的光纤传感器中，光纤法布里-拍罗(Fabry-Perot, F_P)传感器是一个重要的分支。这是因为光纤F-P传感器以光纤F-P腔作为敏感元件，采用单根光纤、利用多束光干涉来检测被测量，属于相位调制型传感器。因此光纤F-P传感器具有结构简单、体积小、高可靠性、高灵敏度、快时间响应、单光纤信号传输等优点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种光纤F-P腔式动高压传感器，利用光纤F-P腔的优势制作一种结构简单、成本低的大量程、高压力、高频响光纤压力传感器。
[0005]为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，所述的光纤F-P腔式动高压传感器，包括膜片体、上陶瓷插芯、支撑圆柱、安装壳体、下陶瓷插芯、插芯固定帽、导向定位杆、光纤、保护套和固定接头，膜片体固定在安装壳体前端后形成传感器的感压面，上陶瓷插芯位于支撑圆柱内，两者的上端面平齐并与膜片体紧密接触，支撑圆柱的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面，下陶瓷插芯(带尾纤)通过插芯固定帽与导向定位杆固定在一起装入安装壳体内，上陶瓷插芯的下端面与下陶瓷插芯的上端面之间即形成F-P腔，保护套固定在安装壳体的下部，带有光纤护套的光纤通过固定接头固定于保护套下端。
[0006]所述的上陶瓷插芯下端面镀制了反射率约为35%的介质膜。
[0007]所述的下陶瓷插芯上端面镀制了反射率约为6%的介质膜。
[0008]所述的光纤是单模光纤。[0009]所述的膜片体具有一凹腔，凹腔的底部与支撑柱上端面直接接触，凹腔的外表面刻有螺纹。
[0010]本发明的技术效果在于，两个陶瓷插芯的端面之间形成F-P腔，外界压力作用在感压膜片体上导致膜片体变形，进而压迫支撑圆柱变形，带动上陶瓷插芯运动，而下陶瓷插芯固定不动，即F-P腔长发生变化，通过这样的压力与腔长转换使得传感器的量程大，同时膜片体的尺寸较小，有助于感压膜片获得高固有频率，传感器的频响高；光波注入F-P腔和反射回光都经由同一光纤，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，且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。本发明结构简单，制作方便快捷，成本低，同时能够保证测量精度和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的结构示意图。
[0012]图2为光纤F-P腔的反射光谱测量光路示意图。
[0013]图3为典型的光纤F-P腔式压力传感器反射光谱图。
[0014]图中:1、膜片体，2、上陶瓷插芯，3、支撑圆柱，4、安装壳体，5、下陶瓷插芯，6、插芯固定帽，7、导向定位杆，8、光纤，9、保护套，10为固定接头，11、宽带光源，12、三端口光纤环行器，13、待测光纤F-P腔，14、光谱分析仪。
【具体实施方式】
[0015]附图，说明本发明的具体实施例。
[0016]如图1所示:本发明由膜片体1，上陶瓷插芯2，支撑圆柱3，安装壳体4，下陶瓷插芯5，插芯固定帽6，导向定位杆7，光纤8，保护套9，固定接头10组成。膜片体I与安装壳体4前端固定后形成传感器的感压面，上陶瓷插芯2置于支撑圆柱3内，两者的上端面平齐并与膜片体I紧密接触，支撑圆柱3的下端面与安装壳体4之间采用圆锥式接触面，下陶瓷插芯5 (带尾纤)通过插芯固定帽6与导向定位杆7固定在一起，由下至上插入安装壳体4，上陶瓷插芯2的下端面与下陶瓷插芯5的上端面之间即形成F-P腔，在安装壳体4的下部旋入保护套9，带有光纤护套的光纤8通过固定接头10固定于保护套9下端。两个陶瓷插芯的端面之间即形成F-P腔，外界压力作用在感压膜片体上导致膜片体变形，进而压迫支撑圆柱变形，带动上陶瓷插芯运动，而下陶瓷插芯固定不动，即F-P腔长发生变化，通过检测F-P腔长的变化即可实现压力的测量。
[0017]本发明公布该光纤F-P腔式动高压传感器的制造方法，其加工工艺步骤如下:
(a)根据设计要求定制镀膜的陶瓷插芯，上陶瓷插芯2镀制反射率约35%的介质膜，下陶瓷插芯5镀制反射率约6%的介质膜，
(b)按照设计尺寸和公差要求加工膜片体1、支撑圆柱3、安装壳体4、导向定位杆7、保护套9等，其中膜片体I中的感压膜片厚度和直径、支撑圆柱3的长度和直径根据传感器的量程大小而定；
(c)根据支撑圆柱3的长度处理上陶瓷插芯2，将两者通过胶粘固定在一起，保证两者的上端面平齐；
(d)将处理好的支撑圆柱3放入安装壳体4，直到支撑圆柱3的圆锥形下端面与安装壳体4的圆锥形端面接触；
(e)将膜片体I外部螺纹涂抹高强度结构胶后，缓慢旋入安装壳体4前端，直到膜片体I的凹腔底部紧密接触支撑圆柱3的上表面为止；
(f)将插芯固定帽6的外面涂上适量快干胶，迅速将下陶瓷插芯5(带尾纤，即光纤8)和导向定位杆7连接固定；
(g)在导向定位杆7的外面涂抹适量的圆柱形固封胶，并由下至上穿入组装好的安装壳体4中，然后置于光纤调整架上；
(h)由光纤调整架通过导向定位杆7调整下陶瓷插芯5的上端面和上陶瓷插芯2下端面之间的距离，通过图2所示的光纤F-P腔的反射光谱测量光路包括宽带光源11、三端口光纤环行器12、待测光纤F-P腔13，光路由光谱分析仪14测得F-P腔的反射光谱，当显示为如图3所示的3?4个正弦光谱图时，说明两陶瓷插芯端面之间形成的F-P腔长度合适，停止调节；
(i)待胶固化后，从光纤调整架上取下通过以上步骤组装好的光纤F-P腔，在安装壳体4下端的外表面螺纹上涂上适量的高强度固化胶，将保护套9穿过光纤8缓缓旋入安装壳体4的下端，拧紧固定；
(j)将固定接头10穿过光纤8，直到接触保护套9的下表面时，在固定接头10的内表面和外表面螺纹处都涂上适量的高强度结构胶，然后旋入安装导向定位杆7底部，完成对光纤8的固定；
(k)等待高强度结构胶固化之后，即完成了光纤F-P腔式动高压传感器的制作。
[0018]虽然参照上述实施例详细描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施例。
【权利要求】
1.一种光纤F-P腔式动高压传感器，其特征在于，包括膜片体(I)、上陶瓷插芯(2)、支撑圆柱(3)、安装壳体(4)、下陶瓷插芯(5)、插芯固定帽(6)、导向定位杆(7)、光纤(8)、保护套(9)和固定接头(10)，膜片体(I)固定在安装壳体前端(4)后形成传感器的感压面，上陶瓷插芯(2)位于支撑圆柱(3)内，两者的上端面平齐并与膜片体紧密接触，支撑星柱(3)的下端面与安装壳体之间采用圆锥式接触面，下陶瓷插芯(5)通过插芯固定帽(6)与导向定位杆(7)固定在一起装入安装壳体(4)内，上陶瓷插芯(2)的下端面与下陶瓷插芯(5)的上端面之间即形成F-P腔，保护套(9)固定在安装壳体(4)的下部，带有光纤护套的光纤(8)通过固定接头(10)固定于保护套(9)下端。
2.根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔式动高压传感器，其特征在于，所述的上陶瓷插芯(2)下端面镀制了反射率约为35%的介质膜。
3.根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔式动高压传感器，其特征在于，所述的下陶瓷插芯(5)上端面镀制了反射率约为6%的介质膜。
4.根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔式动高压传感器，其特征在于，所述的光纤(8)是单模光纤。
5.根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔式动高压传感器，其特征在于，所述的膜片体(I)具有一凹腔，凹腔的底部与支撑圆柱(3)上端面直接接触，凹腔的外表面刻有螺纹。
【文档编号】G01L23/00GK103698080SQ201410009052
【公开日】2014年4月2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, 陈晋央, 杨吉祥, 郭士旭, 周会娟, 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