技术特征：
1.一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：制作鱼型金属片：将金属片冲制成鱼骨形状，两端设置连接孔，并且将金属片冲压成中部外凸的流线型；其中一个金属片沿其纵向中轴线两侧对称开设纵向沟槽，设定为阴面金属片；取另一个金属片沿纵向中轴线两侧对称开设沿纵向外凸的筋槽，设定为阳面金属片；阴面金属片和阳面金属片的骨刺数量相同，且相互对称设置；s2：制作测温单元：制作测温金属片：取一长条形金属片沿其纵轴线冲压成弧形，翘起的翻边剪制处理，金属片剪制后的翻边插入阳面金属片的筋槽内侧位置，保证长条形金属片纵轴线平直，使长条形金属片和阳面金属片的筋槽形成封闭的密封腔，所述长条形金属片设为测温金属片；制作隔板：取至少两块金属片，按照密封腔中轴线不同横剖面的形状，剪制成至少两块隔板，隔板的边缘剪制流通孔，中部冲制安装孔，将隔板设置在密封腔内相应的截面处；制作测温光栅增敏件：另取一长条形金属片沿其纵轴线按照隔板中部安装孔大小冲压成弧形，其翘起的翻边剪制处理，使其能够穿进隔板中部的安装孔，设为测温光栅增敏件；在隔板安装孔内放置测温光栅增敏件，所述测温光栅增敏件的一端和其中一个隔板相固连，其他隔板的安装孔位置和测温光栅增敏件相抵接，使测温光栅增敏件的另一端悬置设置；制作测温金属丝：在所述测温金属片的外部表面焊接至少一根测温金属丝；s3：制作光纤光栅：选取四根相同光纤，在阴面金属片的内外两侧中轴线分别对称粘贴光纤，在每根光纤表面刻制相同特征值的光栅，保证阴面金属片中部内外侧的光栅为相同特征的栅格周期，将粘贴在阴面金属片的外侧壁的光纤编号为一号光纤，将粘贴在阴面金属片的内侧壁的光纤编号为二号光纤；取余下的两根光纤中的一根为三号光纤，将三号光纤沿所述密封腔纵轴线方向穿过所述测温光栅增敏件，并粘贴在测温光栅增敏件凹面的纵轴线位置，在三号光纤和测温光栅增敏件相粘连位置刻制光栅，三号光纤上的光栅特征值和一号或二号光纤上的光栅特征值相同，且三号光纤和测温金属片的两端位置粘连设置，以保证密封腔内的三号光纤处于松弛状态，所述松弛状态包括光纤上设置松弛环；所述松弛环，包括至少一圈的光纤绕折；制作测温密封腔：随后将所述测温金属片的翘起端与阳面金属片的筋槽粘贴或焊接在一起，在密封腔内填充流体的导热介质后进行密封处理，使密封腔完全密闭；在阳面金属片的外侧中轴线粘贴四号光纤，在阳面金属片中部位置的四号光纤表面刻制光栅，所述四号光纤上的光栅和三号光纤上的光栅特征值相同；s4：制作气囊：使用吹制气球的方法将惰性气体充入气囊中，每一批次的气囊大小相同，保证两金属片压缩至平面时不破裂；s5：组装传感器主体：将气囊放置在粘贴好光纤光栅的阴面金属片的内凹位置，将两个中部设有限位环的金属棒分别放入阴面金属片两端的连接孔内，将阳面金属片对应孔穿入两个金属棒的另一端，再将两个金属片的支撑部对应粘贴，使设置有光纤光栅的两个金属片形成一个内置气囊的传感器主体，所述测温金属片表面的测温金属丝从传感器主体延伸穿出设置在外界，两端金属棒的中间的限位环用于连接牵引绳；两端金属棒伸出金属片的部分打结设置，打结部分用于固定两金属片的首尾两端，打结形成的圆环部用于连接抗扭
绳，所述抗扭绳用于平衡光纤的扭转；s6：组装光缆：制作具有连接四组光纤的光纤连接器，中间连接抗拉用的牵引绳，两侧对称设置抗扭绳的连接穿孔，四根光纤及牵引绳和光纤连接器相连，两侧的抗扭绳和光纤连接器相应部分进行连接；s7：封装传感器主体和光缆：将上述传感器主体和四组光纤、牵引绳、金属棒进行封装，保证内部气囊不被破坏，四组光纤、牵引绳封装形成光缆；s8：平衡测量：用油液悬置法测量传感器主体的漂浮平衡能力，用增减端部弹性体质量的办法进行漂浮平衡；s9：整体封装：使用薄膜将传感器主体、光缆进行封装密封，使测温金属丝穿过传感器主体和表皮后向外延伸设置；将抗扭绳、光缆间挂制与油液兼容的薄膜，借助液流进行抗扭平衡。2.根据权利要求1所述的一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其特征在于，在步骤s6中组装光缆时，牵引绳的连接长度不大于光纤连接器和连接孔之间光纤的长度，以防止光纤被液流冲击而断裂；在步骤s6中，光缆的长度可以大于其前端的传感器主体或光纤连接器的纵向长度的十倍，可避免上游物体的后部紊流对下一个传感器的压力检测产生影响。3.根据权利要求2所述的一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其特征在于，在步骤s5中组装传感器主体时进行填充，使用填充物将两个金属片及测温金属片与气囊之间的空腔进行填充，保证传感器主体内的气囊、金属棒的位置固定，形成一具有仿鱼结构的传感器整体。4.根据权利要求3所述的一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其特征在于，在步骤s7进行整体封装后，从0mpa开始按每0.1mpa一标定的方法对传感器进行压力检测的标定，首先对每一压力数据进行采集，对应地采集一号光纤和二号光纤中各光栅中心波长漂移量的差值，存储每一个鱼型传感器的该漂移量的差值作为对应压力的标定关系，存储于计算机系统内用于每一个鱼型传感器对压力的测量，直到无中心波长漂移量的差值或者中心波长漂移量的差值不再变化时的压力p12为止，将p12/1.2后，得到的数据作为该传感器的阴面金属片的一号光纤和二号光纤上的光栅所能检测到的最大压力值pmax；对于三号光纤和四号光纤上的光栅，可从10℃开始到100℃按每1℃一标定的方法对传感器上的三号光纤上的光栅的信息进行采集和标定，同时，在每一个温度区间内(10℃，11℃，12℃......100℃)，从pmax值开始按每0.1mpa升压的这一标定的方法对四号光纤上的光栅信号进行采集和对应温度值的压力标定，当达到目前工程机械的液压系统的最高压力(例如45mpa)时,四号光纤上的光栅对该温度下的压力信号采集完成；然后，再升高1℃温度，按上述步骤，标定四号光纤上的光栅对该温度下的压力信号采集，最后，将三号光纤上的光栅的温度信号与温度数据形成一个对应表格，将三号光纤上的光栅的温度信号和四号光纤上的光栅的信号共同组成的温度和压力数据形成一个相对应的网状表格，将光纤传输出的光源信号的状态以及压力和温度与参数的对应关系存储到计算机系统中，完成对鱼型传感器的压力标定。5.根据权利要求4所述的一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其
特征在于，步骤s9中使用的薄膜选用耐低温聚乙烯薄膜。6.根据权利要求5所述的一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其特征在于，所述填充物选用氟橡胶或耐油丁腈橡胶，以兼顾油液的兼容性和工作温度范围。7.根据权利要求6所述的一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其特征在于，当传感器外部的油液处于高压状态时，所述填充物可选用硫化橡胶或尼龙材料，使传感器具有相匹配的弹性模量。8.根据权利要求7所述的一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其特征在于，在步骤s4制作气囊时，使用高空气球的蒙皮材料，选用耐低温聚乙烯(ldpe低密度聚乙烯)，在惰性气体的环境中，将其加热融化至玻璃态，用吹制玻璃瓶的方法将惰性气体充入，形成内置惰性气体的气囊。9.根据权利要求7所述的一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其特征在于，在步骤s4制作气囊时，按照气球的制作方法制作气囊，所述气囊外形设为球形或对称椭球形，气囊的表面喷涂与填充物不相容的润滑剂。10.根据权利要求8或9所述的一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，其特征在于，所述测温光栅增敏件设为铝片，所述测温金属丝设为纯铜或纯银材料，所述阳面金属片选用不小于0.2毫米厚度的工业钛片或钛合金片或不锈钢片。
技术总结
本发明涉及一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器的制作及封装方法，包括以下步骤：S1：制作鱼型金属片，S2：制作测温单元，S3：制作光纤光栅，S4：制作气囊，S5：组装传感器主体，S5：组装传感器主体，S6：组装光缆，S7：封装传感器主体和光缆，S8：平衡测量，S9：整体封装。本发明根据鱼体亚对称结构的仿生学原理，在鱼体左右两侧设计有刚度不同的鱼骨形的金属片，内部有密封测温腔和类似鱼泡的气囊以及弹性填充物，并在刚度小的金属片上的纵向中轴线(“鱼际线”)内外两侧设置光纤光栅，实现温度自补偿的压力检测；通过特殊结构的测温腔封装，消除应力对光栅的影响，实现温度测量；再依据温度查表反算，实现阳面金属片外侧的光栅对压力的测量。实现阳面金属片外侧的光栅对压力的测量。实现阳面金属片外侧的光栅对压力的测量。
技术研发人员：黄爱武 王洪涛 程永革
受保护的技术使用者：潍坊嘉腾液压技术有限公司
技术研发日：2020.02.29
技术公布日：2021/9/16