专利名称：光纤光栅压力测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及压力测量仪，尤其涉及一种光纤光栅压力测量仪。
常用的膜盒式压力测量仪由膜盒式压力传感器及测量电路两部分所组成。当被测介质的压力改变时，膜盒在压力作用下产生位移，此位移量由传感器变为电量，然后通过测量电路的放大，显示等作用而测出压力值。这种压力测量仪不仅是传感器本身结构较为复杂，测量精度不高，而且由于传感器为电量，因此无法应用于易燃易爆条件下的贮油罐压力和液位的测量，因此不能满足石油化工等领域的需要。
本实用新型的目的在于设计一种测量精度高，抗电磁干扰性强，能适应石油化工等领域高温流体测压需要的光纤光栅压力测量仪。
本实用新型的光纤光栅压力测量仪由光纤光栅压力传感器，光／电(O／E)，电／光(E／O)接口电路，测量电路及单片微机所组成，其特征在于光纤光栅压力传感器由膜盒部分、腔体、与腔体相贯通的光缆线管及腔体顶部的上盖所组成，膜盒部分包括有外壳体及设置于壳体内的膜盒，其中膜盒的一端与进油管相连接，另一端在中心位置处连接一轴，该轴通过连接件与一光栅片A连成一体，另一光栅片B连接于光纤组件的基体上，光栅片B与光栅片A两者互相平行，且此两者的光栅线又有小于5度的交角，光栅组件基体与腔体相连结，腔体又由压片将其一起连接于膜盒的外壳体上；光纤组件由基体，及分别射置于光栅片A，B两边的两光源光纤C，D和两测量光纤E，F所组成，光纤C，D，E，F通过光缆线管导出；光源光纤与E／O接口电路中的光源信号相耦和，测量光纤E，F输出的光信号与两个O／E接口电路相耦合，两O／E，电路的输出由测量电路将其分为Cos，Sin，－Sin和基准电平，此四者的输出电信号，与细分电路输入端相接，细分电路的输出与单片机的数据处理器相接。
上述光纤光栅压力测量仪的基本原理是利用两片光栅的光栅线以小于5度的倾斜角度θ重叠时，在栅线大致垂直方向上产生黑白相间莫尔条纹，当两光栅相对移动时，莫尔条纹就在光栅移动的垂直方向，即θ角平分线方向移动，且光栅移动一个栅距d，莫尔条纹就移过一个条纹(一个条纹的间距m)光纤光栅传感器将膜盒的单位位移量转化为光栅移动的莫尔条纹的个数n，将光栅刻为N个刻度线数，然后再经过细分技术，使每一栅距又细分为M等分，由此膜盒的整个位移量H就转为NMH个数，由此其分辨率和精度就大大提高。再者，在光纤光栅压力传感器中其光调制器是光栅，光纤起传光作用，因此当将此传感器放置于高温，强电磁场等环境下，它完全可以适应，而由光纤传导出去的光信号经O／E电路转换，再经测量电路，细分电路处置，由于细分电路，光／电，电／光接口电路均置于较好的环境中，从而解决了化工，石油等生产现场不良环境造成对测量影响，而且利用光栅的莫尔条纹的特性，光纤的远传损耗小和成熟的细分电路的巧妙结合，使测量精度大大提高，从而实现了本实用新型的发明目的。
下面以附图，实施例来对本实用新型的结构再予以详细叙述。
图1光纤光栅压力测量仪的方框原理图。
图2光纤光栅压力传感器结构示意图。
图3两光纤组成莫尔条纹示意图。
图4E／O接口电路。
图5O／E接口电路。
图6测量电路结构示意图。
由图1－6所示可见，在本实施例中，1，光纤光栅压力测量仪中的光纤光栅压力传感器由膜盒部分7，腔体5，与腔体相贯通的光缆线管4及腔体5顶部的上盖1所组成，膜盒部分7包括有外壳体71及设置于壳体内的膜盒72，其中膜盒72的一端与进油管8相连接体，另一端在中心位置处连接一轴721，该轴通过连接件3与光栅片A连成一体，另一光栅片B连接于光纤组件的基体21上，光栅片B与光栅片A两者互相平行，且此两者的光栅线有一小于5度的交角，基件21连接于腔体5上，腔体5由压片6将其一起连接于膜盒的外壳体71上；光纤组件由基体21及设置于基体上的光纤所组成，其中光源光纤C，D设置于光栅片B的左侧，测量光纤E、F设置于光栅片的右侧，光纤C，D，E，F均通过光缆线管4导出。上述传感器通过光源光纤与E／O接口电路中的光信号相耦合，通过测量光纤E、F的输出光信号与两个O／E接口电路相耦合，而两O／E接口电路的输出为Cos，Sin，将其输至测量电路，测量电路的输出Cos，Sin，－Sin和基准电平一起输至细分电路集成块，细分电路的输出与单片机相接。
上述光纤光栅传感器将压力信号变成光纤组件的莫尔条纹移动个数的测量，将二O／E接口电路输出经测量电路、细分电路使其每一个条纹又细分M倍，从而大大提高其分辨率。
2，测量电路由图6可见，测量电路为由四个输入端和四个输出端的转换电路及细分电路量两部分所组成，在转换电路中，其中四个输入端分别与二O／E输出端相连接，其四个输出端均与细分电路集成块的输入端相连接，测量电路包含有三个放大┅反相电路和一个基准电平电路，其中一个放大┅反相电路由二放大反相集成片A1，A1′组成，其输入端与一O／E电路输出相接，其输出为Cos信号，另一O／E电路输出与A2放大反相器集成片相接，A2的输出分两路，一路经A2′放大反相输出Sin信号，另一路经两个放大反相器A3′，A3″，输出一Sin信号，放大反相器A1′，A2′，A3″中的输入端正端相连接，此连接点与电源正，负极相串联的可调电阻RO的调节点相连接，其基准电平电路为由与电源正极、地线相串联的可调电阻R0′及与其相联的滤波电容C所组成。细分电路有销售产品3，其E／O接口电路如图4所示，为由三极管T1，稳压管W1，发光管G1及电阻R1，R2所组成的恒流源。
4，其O／E接口电路如图5所示为一光电器件，它由光电管G11，放大器A6及电阻R11，R12组成，其中A1为RS308－067集成片，G11的两端与放大器A6的输入端相接。
5，数据处理器采用单片机8031中数据处理部分，由上述可知实施例的压力测量仪，由于将膜压的小变形量用光栅组件将其转为很多个。莫尔条纹数测量，又由光纤将光量导出后转换成电量，并用成熟的细分电路元件将其再一次将每一个条纹细分成m个电量，从而使测量的精度，分辨率极大提高，而且光栅元件，光纤元件本身耐高温，抗电磁干扰的性能，使其解决了化工，石油部门高温被测介质的压力测量问题，为高温介质高精度测量开辟了一个新途径。
权利要求1.一种光纤光栅压力测量仪由光纤光栅压力传感器，O/E电路，E/O电路，测量电路及单片微机所组成，其特征在于光纤光栅压力传感器由膜盒部分7、腔体5、与腔体相贯通的光缆线管4及腔体5顶部的上盖1所组成，膜盒部分7包括有外壳体71及设置于壳体内的膜盒72，其中膜盒72的一端与进油管8相连接，另一端在中心位置处连接一轴721，该轴通过连接件3与光栅片A连成一体，另一光栅片B连接于光纤组件的基体21上，光栅片B与光栅片A两者互相平行，且此两者的光栅线有一小于5度的交角基体21连接于腔体5上，腔体5由压片6将其一起连接于膜盒的外壳体71上，光纤组件由基件21及设置于基件上的光纤所组成，其中光源光纤C，D设置于光栅片B的左侧，测量光纤E，F设置于光栅片的右侧，光纤C，D，E，F均通过光缆线管4导出。上述传感器通过光源光纤与E/O接口电路中的光信号相耦合，通过测量光纤E，F输出光信号与两个O/E接口电路相耦合，而两O/E接口电路的输出为Cos，Sin，将其输至测量电路，测量电路的输出Cos，Sin，-Sin和基准电平一起输至细分电路集成块，细分电路的输出与单片机相接测量电路为由四个输入端和四个输出端的转换电路及细分电路量两部分所组成，在转换电路中，其中四个输入端分别与二O/E输出端相连接，其四个输出端均与细分电路集成块的输入端相连接，测量电路包含有三个放大---反相电路和一个基准电平电路，其中一个放大---反相电路由二放大反相集成片A1，A1′组成，其输入端与一O/E电路输出相接，其输出为Cos信号，另一O/E电路输出与A2放大反相器集成片相接，A2的输出分两路，一路经A2′放大反相输出Sin信号，另一路经两个放大反相器A3′，A3″，输出一Sin信号，反相器A1′，A2′，A3″中的输入端正端相连接，此连接点与电源正，负极相串联的可调电阻R0的调节点相连接，其基准电平电路为由与电源正极，地线相串联的可调电阻R0′及与其相联的滤波电容C所组成。
2.按权利要求1所述的光纤光栅压力测量仪，其特征在于所述的E／O电路为为由三极管T1，稳压管W1，发光管G1及电阻R1，R2所组成的恒流源。所述的O／E电路为为一光电器件，它由光电管G11，放大器A6及电阻R11，R12组成，其中A1为RS308－067集成片，G11的两端与放大器A6的输入端相接。
专利摘要一种光纤光栅压力测量仪，由光纤光栅压力传感器，O/E电路，E/O电路，测量电路及数据处理器所组成，其特征在于光纤光栅压力传感器为由膜盒，与膜盒相连接的光栅组件，光纤组件，光缆线管等组成。膜盒变形量将光栅组件转换成莫尔条纹移动量，再由光纤传导引出，并将此光移动量转化为电量，并经转换电路，细分电路组成的测量电路使其被测位移量转为大数量的移动数，从而实现对高温介质的高精度压力测量。
文档编号G01L9/00GK2207572SQ9421280
公开日1995年9月13日 申请日期1994年6月2日 优先权日1994年6月2日
发明者刘瑞复 申请人:刘瑞复