可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器及测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器及测试方法，包括：接头、过滤网、底座、外壳、波纹管、光纤光栅一、光纤光栅二、光纤、光缆接头、铠装光缆、支柱、法兰盘、用于保护密封胶密封部位到光缆接头部位光纤的外壳盖以及用于施加预应力的应变梁；本发明适用于油气管线、城市地下煤气、热力、供水、油罐、输油管线等管网压力安全监测方面，消除了电子传感器本身带电，本质不安全的隐患，同时相在容量上也有了大的提升；应用于煤岩体瓦斯压力实时在线监测方面，避免了只监测单一数据所带来的误差，提高了系统的灵敏度和准确度，在节省人力、物力和时间的同时，又避免人员到现场可能带来的危险。
【专利说明】可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种高精度可实现正压、负压监测的波纹管结构的光纤光栅压力传感器及测试方法，特别适用于煤矿安全监测瓦斯压力监测以及化工管道压力监测。
【背景技术】
[0002]随着我国石油、化工、煤炭、冶金等行业的快速发展，伴随着工业生产而产生的各种可燃有毒气体作业场所也在不断增加。尤其是石油、化工、冶金等企业生产过程和储运等环节都可能发生可燃、有毒气体的泄漏，为了避免易燃易爆气(液)体泄漏发生事故，采用了电子传感器监控预警系统，用电子传感器监控易燃易爆燃气(液)体的最大不足是传感器使用寿命短，特别是电子传感器不属本质安全型，在监控隐患的的同时又设置了一个隐患。
[0003]煤矿方面，在瓦斯压力监测方面也存在手段单一，需要专门的人员到现场进行巡检，浪费人力资源，同时又增加了人员巡检时的危险性。因此，可靠、安全的传感器在油气管线、城市地下煤气、热力、供水、油罐、输油管线等管网压力安全监测方面以及煤矿瓦斯压力监测方面愈显重要。
[0004]现有的压力传感器中，法布里帕罗腔结构形式的压力传感器，以F-P腔作为敏感元件进行压力检测。其中，毛细管式结构存在玻璃焊接难度大，漂移量大、重复性差、使用寿命差的缺点；弹簧片式存在封装难度大、重复性差、膜片的均匀性不易控制，批量生产难的缺点；MEMS芯片式存在光纤耦合难度大，封装难的缺点。
[0005]光纤光栅结构形式的压力传感器，以光纤光栅作为敏感元件，进行压力检测。其中，波登管式存在分辨率差，波登管加工精度要求高、光纤光栅封装难度大、漂移量大的缺点；圆筒薄壁结构存在分辨率差、小量程传感器存在尺寸太大、灵敏度低、很难实现负压监测等缺点。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种高精度可实现正压、负压检测的光纤光栅压力传感器及测试方法，该光纤光栅压力传感器，由于本身不带电，本质安全，同时能实现实时在线监测，可用于易燃易爆等具有危险性的场合的压力监测。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器，包括:接头、过滤网、底座、外壳、波纹管、光纤光栅一、光纤光栅二、光纤、光缆接头、铠装光缆、支柱、法兰盘、用于保护密封胶密封部位到光缆接头部位光纤的外壳盖以及用于粘接光纤光栅并施加预应力的应变梁。
[0009]所述接头与外壳密封连接；过滤网、底座、外壳、波纹管、应变梁、光纤光栅一、光纤光栅二、光纤、支柱和法兰盘设置在外壳内部；波纹管与法兰盘通过焊接密封，并固定在一起，法兰盘固定在底座上，底座与法兰盘之间密封连接；所述底座与外壳密封连接，过滤网设置在底座开口端与接头内部之间，并通过接头固定。[0010]所述光纤光栅一与光纤光栅二固定在应变梁两侧；应变梁固定在支柱上端；支柱下端插入底座开孔内，应变梁与支柱之间通过调整螺丝固定。
[0011]光纤一端为光纤光栅并固定在应变梁上，另一端依次穿过外壳、光缆接头进入铠装光缆；光纤与外壳连接的部位用密封胶密封固定密封，外壳盖与外壳密封连接，外壳盖通过光缆接头连接铠装光缆。
[0012]所述接头包括卡套接口式接头、标准式接头、置入式接头三种，根据需要可更换。
[0013]所述卡套接口式接头的安装管件包括:锥形头、喉箍、防尘网、筛孔管、连接头、卡套接头、连接管、卡套式三通接头、截止阀、液压表三通和液压表。
[0014]锥形头尾端插入筛孔管，筛孔管与防尘网之间通过喉箍固定，筛孔管与连接头焊接在一起，连接头通过卡套接头与连接管连接，卡套式三通接头一端接连接管、另一端连接截止阀、第三端经过另一截止阀接至出水口，液压表三通一端与截止阀连接、另一端连接至传感器主体部分，液压表与液压表三通密封连接。
[0015]所述连接管设置成多段，用以导气及排水。
[0016]所述波纹管材料为1(；18队91\、铍青铜、锡青铜或其它材料。
[0017]一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器的测试方法，应变梁与支柱在装配时，支柱下端插入底座开孔内，应变梁通过调整螺丝固定在支柱上端，应变梁头部与波纹管顶部接触，对应变梁和波纹管施加预应力，让支柱进一步插入底座，使应变梁与波纹管接触部分与支柱之间发生挠曲应变，然后 将调整螺丝拧紧；通过调节应变梁与波纹管之间的预应力的大小可改变挠曲应变大小，进而能够调节传感器负压测量量程。
[0018]传感器封装后经过高精度负压变送器和活塞式压力计标定，得到波长与压力之间的线性关系，通过解调波长变化直接监测压力变化。
[0019]传感器封装后经过高精度负压变送器和活塞式压力计标定的具体方法为:
【权利要求】
1.一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器，其特征是，包括:接头、过滤网、底座、外壳、波纹管、光纤光栅一、光纤光栅二、光纤、光缆接头、铠装光缆、支柱、法兰盘、用于保护密封胶密封部位到光缆接头部位光纤的外壳盖以及用于粘接光纤光栅并施加预应力的应变梁； 所述接头与外壳密封连接；过滤网、底座、外壳、波纹管、应变梁、光纤光栅一、光纤光栅二、光纤、支柱和法兰盘设置在外壳内部；波纹管与法兰盘通过焊接密封，并固定在一起，法兰盘固定在底座上，底座与法兰盘之间密封连接；所述底座与外壳密封连接，过滤网设置在底座开口％5与接头内部之间，并通过接头固定； 所述光纤光栅一与光纤光栅二固定在应变梁两侧；应变梁固定在支柱上端；支柱下端插入底座开孔内，应变梁与支柱之间通过调整螺丝固定； 光纤一端为光纤光栅并固定在应变梁上，另一端依次穿过外壳、光缆接头进入铠装光缆；光纤与外壳连接的部位用密封胶密封固定密封，外壳盖与外壳密封连接，外壳盖通过光缆接头连接铠装光缆。
2.如权利要求1所述的一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器，其特征是，所述接头包括卡套接口式接头、标准式接头、置入式接头三种，根据需要可更换。
3.如权利要求1所述的一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器，其特征是，所述卡套接头的安装管件包括:锥形头、喉箍、防尘网、筛孔管、连接头、卡套接头、连接管、卡套式三通接头、截止阀、液压表三通和液压表； 锥形头尾端插入筛孔 管，筛孔管与防尘网之间通过喉箍固定，筛孔管与连接头焊接在一起，连接头通过卡套接头与连接管连接，卡套式三通接头一端接连接管、另一端连接截止阀、第三端经过另一截止阀接至出水口，液压表三通一端与截止阀连接、另一端连接至传感器主体部分，液压表与液压表三通密封连接。
4.如权利要求1所述的一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器，其特征是，所述连接管设置成多段，用以导气及排水。
5.如权利要求1所述的一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器，其特征是，所述波纹管材料为1C； WNiOT1、铍青铜、锡青铜或其它材料。
6.一种如权利要求1所述的可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器的测试方法，其特征是，应变梁与支柱在装配时，支柱下端插入底座开孔内，应变梁通过调整螺丝固定在支柱上端，应变梁头部与波纹管顶部接触，对应变梁和波纹管施加预应力，让支柱进一步插入底座，使应变梁与波纹管接触部分与支柱之间发生变形，产生挠曲应变，然后将调整螺丝拧紧；通过调节应变梁与波纹管之间的预应力的大小，能够调节传感器负压测量量程； 传感器封装后经过高精度负压变送器和活塞式压力计标定，得到波长与压力之间的线性关系，通过解调波长变化直接监测压力变化。
7.如权利要求6所述的一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器的测试方法，其特征是，传感器封装后经过高精度负压变送器和活塞式压力计标定的具体方法为: --X — ( Aa,,, — Δ/Ι?τ)=- QJAXb 2 m B1 K 其中，为FBG中心波长，Δ λΒ1和Δ λ Β2分别为光纤光栅一与光纤光栅二中心波长的变化量，P为压强；通过上式计算出77，即可得到波长与压力之间的线性关系。
K
8.如权利要求6所述的一种可实现正负压监测的光纤光栅压力传感器的测试方法，其特征是，通过调整波纹管厚度、波纹管层数、波纹管有效波数或波纹管尺寸，能够改变传感器的灵敏度和正压量程；通过调整装配时对波纹管以及应变梁预应力的大小，能够改变传感器的负 压量程。
【文档编号】G01L11/02GK103900756SQ201410153179
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】姜龙, 李连庆, 孙剑锋, 刘统玉 申请人:山东微感光电子有限公司