一种测量输油管油压的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光电子测量器件技术领域，具体的说是涉及一种测量输油管油压 的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器。
【背景技术】
[0002] 输油管是运输油的重要设备，输油管内油压的精确测量对输油管的运输能力和安 全影响很大。但国内许多测量输油管油压传感器是采用电阻式的传感器，这样容易导致测 量系统产生静电，甚至在某种情况下产生电离作用，引起放电而产生火花，并且在信号放大 过程中容易受到环境噪声和电磁干扰等因素的影响，因此不利于推广到输油管油压的检 测中。
[0003] 本实用新型利用输油管内的油压带动活塞运动，活塞的移动带动悬臂梁变形，在 悬臂梁上粘贴差动式光纤Bragg光栅用来检测悬臂梁的变形，进而准确测量出输油压力， 解决了电阻式传感器易产生静电，信号放大过程中容易受到环境噪声和电磁干扰等因素影 响的问题。
【发明内容】
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是针对现有测量输油管油压的电阻式传感器易产 生静电，信号放大过程中容易受到环境噪声和电磁干扰等因素影响的问题，提供一种抗电 磁干扰、本质安全、动态范围宽、灵敏度高、便于组网、能实现分布式测量的测量输油管油压 的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器。
[0005] 本实用新型测量输油管油压的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器通过如下技术方 案完成：所述的传感器由悬臂梁（1)、光纤导出孔（2)、导出光纤（3)、光纤Bragg光栅（4)、 承压活塞（5)、铁质外壳（9)、导杆（10)、强性胶水（11)组成，其中承压活塞（5)与铁质外壳 (9) 形成的活塞缸相配合，导杆（10)的一端与承压活塞（5)固定在一起，导杆（10)的另一 端通过强性胶水（11)与悬臂梁（1)的一端固定在一起，悬臂梁（1)的另一端固定在在铁质 外壳（9)上；两根光纤Bragg光栅（4)分别粘贴在悬臂梁（1)上下两壁上，导出光纤（3)的 一端与光纤Bragg光栅（4)相连，导出光纤（3)通过光纤导出孔（2)与外接光缆相连接。
[0006] 所述的导杆（10)的一端通过强性胶水（11)与悬臂梁（1)的一端固定在一起，导杆 (10) 和悬臂梁（1)在同一平面内垂直；悬臂梁（1)的另一端固定在在铁质外壳（9)，悬臂梁 (1)与特质外壳（9)垂直；导杆（10)垂直于活塞（5)的顶面。
[0007] 所述的两根光纤Bragg光栅（4)分别粘贴在悬臂梁（1)上下两壁上，两根光纤 Bragg光栅采用同一型号的光敏光纤制成，悬臂梁（1)壁的上下两根光纤Bragg光栅（4)构 成差动式光纤Bragg光栅，差动式光纤Bragg光栅能消除温度对光纤Bragg光栅波长的影 响。
[0008] 所述的导出光纤（3)从光纤导出孔（2)导出，光纤导出孔（2)采用环氧树脂进行密 封，铁质外壳（9)的内腔形成一个密闭的空间。
[0009] 所述的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器的工作原理为：承压活塞（5)把输油管中 的油压通过导杆（10 )传递给悬臂梁（1 )，悬臂梁（1)左端受力将向上弯曲，带动位于悬臂梁 (1)上壁的光纤Bragg光栅（4)压缩和位于悬臂梁（1)壁的光纤Bragg光栅（4)拉伸，将被 测对象的的检测转化为对光纤Bragg光栅（4)波长的调制，光纤Bragg光栅（4)的差动式粘 贴有助于抵消环境温度的影响，光纤Bragg光栅（4)的导出光纤（3)通过光纤导出孔（2)引 出并与外接光缆相连接，构成一种测量输油管内油压的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器。 [0010] 所述的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器的数学模型为：
[0011] 承压活塞（5)所受的F，方程为：
[0013] 式中，/为输油管内油压，5为承压活塞的横截面积。
[0014] 导杆10将承压活塞（5)所受的传给悬臂梁（1)，悬臂梁左端所受的为F。
[0015] 悬臂梁⑴各点所受的应变为：
[0017] 式中，J为等强度悬臂梁（1)的工作长度，A为等强度悬臂梁（1)的厚度，#等强 度悬臂梁（1)固定端的宽度，i「为等强度悬臂梁（1)的弹性模量。
[0018] 把（a)带入（b)得：
[0020] 当等强度悬臂梁（1)受F的作用弯曲时，上表面受到的是拉伸应变寒，而下表面受 到的是压缩应变g，若两只光栅处于同样的温度场中，应变信号f表示为：
[0022] 式中，
为下表面受到拉伸应变后光纤Bragg光栅（4)的反射波长，
为上表面受到的是压缩应变后光纤Bragg光栅（4)的反射波长，_为光纤Bragg 光栅（4)的应变敏感系数，为光纤Bragg光栅（4)初始中心波长。
[0023] 粘贴在悬臂梁（1)上下两壁的光纤Bragg光栅（4)中心波长差值为：
[0025]把（d)和（e)带入（c)得：
[0027] 式（f)表明被测管道内的油压P与光纤Bragg光栅（4)波长位移^之间的数学 模型，通过测量光纤Bragg光栅（4)波长移位就能计算出被测输油管道内油压的大小。
[0028] 本实用新型一种测量输油管油压的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器与现有技术 相比有如下有益效果：
[0029] 1、能根据需要，通过改变导杆与悬臂梁的接触位置调整传感器的测量灵敏度。
[0030] 2、本实用新型传感器本身不带任何电信号，非常适合用于易燃易爆等高危环境中 的液体检测。
[0031] 3、采用光纤Bragg光栅做为传感器的测量元件，使传感器具有较强的抗电磁干扰 能力和耐腐蚀能力。
[0032] 4、本实用新型结构简单，便于安装。
【附图说明】
[0033] 图1是本实用新型一种测量输油管油压的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器的结构 示意图。
[0034] 图2是本实用新型一种测量输油管油压的悬臂梁式光纤Bragg光栅传感器悬臂梁 的局部俯视不意图。
[0035] 图中，1-悬臂梁、2-光纤导出孔、3-导出光纤、4-光纤Bragg光栅、5-承压活塞、 6_油、7-输油管壁、8-输油管接口、9-铁质外壳、10-