一種新型光纖流體差壓計的製作方法
2023-06-04 19:09:26
專利名稱：一種新型光纖流體差壓計的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖傳感領域，特別涉及一種新型光纖流體差壓計。
背景技術：
壓差測量在許多工業現場中發揮著非常重要的作用，廣泛應用於土木工程、石油化工、電力、水利水電等工程領域中。目前，應用較為廣泛的壓差計多為電子類壓差計，例如電阻式差壓計、電容式差壓計等，這些差壓計都具有一定的局限性，例如在強電磁幹擾、易燃易爆、雷擊機率較大的惡劣環境中應用的長期穩定性和可靠性不好。近十幾年來，隨著光纖光柵製作技術的日益成熟、光纖光柵解調技術的日益完善，更重要的是光纖光柵具有不受電磁幹擾、抗腐蝕、抗雷擊、波長直接絕對編碼、測量精度高、長期可靠性和穩定性好、信號長距離傳輸、波分復用組網以及能在易燃易爆環境中應用等 諸多優點，光纖光柵傳感技術在各個領域中的應用研究方興未艾，並初步形成產業化。但是，目前市場上尚未出現基於光纖光柵傳感技術的差壓計產品，也未見相關的報導，因此，研製一種基於光纖光柵傳感技術的差壓計產品來代替傳統的電子類差壓計產品，以滿足在強電磁幹擾、易燃易爆、雷擊機率較大的惡劣環境中壓強差測量需求，是非常必要的。本發明通過將光纖光柵和硬芯膜片有機結合在一起，作為壓差敏感元件，提出並發布了一種新型光纖流體差壓計，具有無源、本質安全、不受電磁幹擾、測量精度高等諸多優點，有效克服了電子類差壓計的局限性。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供了一種基於光纖光柵傳感技術的新型流體差壓計，來解決現有技術中抗電磁幹擾能力不強、長期穩定性和可靠性不理想等技術問題。本發明的這種新型光纖流體差壓計，由一個保護筒、一個光纖固定基座、一個光纖光柵、一個硬芯膜片、一個基座、一個尾纖和一個鎧裝光纜組成。其中，所述的基座是由金屬材料通過精密機械加工而成的，由膜片裝配孔、高壓端流體導入孔、高壓端裝配螺紋、低壓端流體導入孔、低壓端裝配螺紋和保護筒裝配螺紋組成；所述的硬芯膜片是由彈性材料通過精密機械加工而成的，一側為平面，另一側為硬芯，即為光纖膜片固定處，用於固定所述的光纖光柵一端的尾纖，而膜片的周邊通過現有技術密封固定在所述的基座上所述的膜片裝配孔上；所述的保護筒與所述的基座之間形成的腔體為承壓腔，而所述的硬芯膜片將該承壓腔分為兩部分，所述的硬芯膜片與所述的保護筒之間的腔體為高壓端承壓腔，而所述的硬芯膜片與所述的基座之間的腔體為低壓端承壓腔；所述的光纖光柵一端的尾纖固定在所述的硬芯膜片上的光纖膜片固定處，另一端的尾纖固定在所述的光纖固定基座上的光纖固定基座固定處，所述的光纖光柵固定時處於張緊狀態，其預拉伸量可以根據需要調整。本發明的基本工作原理是待測壓差發生變化時，即所述的高壓端承壓腔與所述的低壓端承壓腔所受的壓強差發生變化時，引起所述的硬芯膜片上硬芯處發生微位移，使所述的光纖光柵受到拉伸或者壓縮，從而引起所述的光纖光柵的中心反射波長的移動，通過探測所述的光纖光柵的中心反射波長的移動量，即可檢測到待測壓差的變化信息。本發明所述的這種新型光纖流體差壓計製作的基本操作步驟如下1)將所述的硬芯膜片的周邊利用現有技術固定在所述的基座上所述的膜片裝配孔上，並進行密封測試；2)將所述的光纖固定基座通過電焊、氬弧焊、雷射焊接等現有技術固定在所述的基座的相應位置上；3)將所述的光纖光柵一端尾纖利用膠粘、雷射焊接等現有技術固定在所述的光纖膜片固定處；4)經預拉伸後，將所述的光纖光柵另一端的尾纖利用現有技術固定在光纖固定基座上的光纖固定基座固定處；5)所述的保護筒和所述的基座通過裝配螺紋裝配在一起，並做好密封措施；6)所述的尾纖由所述的鎧裝光纜保護，利用密封膠將所述的鎧裝光纜的一端固定在所述的保護筒上，並進行密封。作為對本發明的改進，所述的硬芯膜片的材質可以為不鏽鋼、或者青銅、或者其它良好的彈性材料的一種。作為對本發明的改進，所述的硬芯膜片可以是平膜片、或者波紋膜片、或者波紋 管、或者膜盒的一種。作為對本發明的改進，所述的光纖光柵，可以由光纖F-P腔、或者鋼弦替代。作為對本發明的改進，通過改變所述的硬芯膜片的尺寸參數、材料參數可以實現光纖流體差壓計的靈敏係數的調整。作為對本發明的改進，通過向所述的高壓端承壓腔和所述的低壓端承壓腔填充矽油可以起到保護所述的硬芯膜片和所述的光纖光柵免受待測流體腐蝕的作用。本發明和已有技術相對比，其效果是積極和明顯的。本發明將硬芯膜片和光纖光柵有機結合在一起，由硬芯膜片將壓差的變化轉換為硬芯膜片中心硬芯的微位移，而由光纖光柵來感應硬芯膜片的中心硬芯的微位移，進而實現壓差的測量。這樣，壓差測量現場無電信號，不受電磁幹擾的影響，本質安全，可以在強電磁幹擾、易燃易爆、雷擊機率較大的區域安全應用。
圖I是本發明所述的這種新型光纖流體差壓計的結構示意圖。圖中，I-保護筒；2_光纖固定基座；3_光纖光柵；4_硬芯膜片；5-基座；6_光纖膜片固定處；7_光纖固定基座固定處；8_尾纖；9_密封膠；10_鎧裝光纜。圖2是基座的結構不意中，5. I-膜片裝配孔；5. 2-高壓端流體導入孔；5. 3_高壓端裝配螺紋；5. 4_低壓端裝配螺紋；5. 5-低壓端流體導入孔；5. 6-保護筒裝配螺紋。
具體實施例方式實施例I :下面結合附圖I和附圖2對本發明的具體實施作詳細說明如附圖I所示，本發明所述的這種新型光纖流體差壓計，由一個保護筒I、一個光纖固定基座2、一個光纖光柵3、一個硬芯膜片4、一個基座5、一個尾纖8和一個鎧裝光纜10組成。其中，所述的基座5是由金屬材料通過精密機械加工而成的，由膜片裝配孔5. I、高壓端流體導入孔5. 2、高壓端裝配螺紋5. 3、低壓端流體導入孔5. 5、低壓端裝配螺紋5. 4和保護筒裝配螺紋5. 6組成，如附圖2所示；所述的硬芯膜片4是由彈性材料通過精密機械加工而成的，一側為平面，另一側為硬芯，即為所述的光纖膜片固定處6，用於固定所述的光纖光柵3 —端的尾纖，而膜片的周邊通過現有技術密封固定在所述的基座5上所述的膜片裝配孔5. I上；所述的保護筒I與所述的基座5通過螺紋密封連接在一起，兩者之間形成的腔體為本傳感器的承壓腔，而所述的硬芯膜片4將該承壓腔分為兩部分，所述的硬芯膜片4與所述的保護筒I之間的腔體為高壓端承壓腔，而所述的硬芯膜片4與所述的基座5之間的腔體為低壓端承壓腔；所述的光纖光柵3 —端的尾纖固定在所述的硬芯膜片4上的光纖膜片固定處6，經預拉後，另一端的尾纖固定在所述的光纖固定基座2上的光纖固定基座固定處7，所述的光纖光柵3的預拉伸量可以根據需要調整。 具體地，本實施例的製作過程是 I)將所述的硬芯膜片4的周邊利用現有技術固定在所述的基座5上的所述的膜片裝配孔5. I上，並進行密封測試；2)將所述的光纖固定基座2通過電焊、氬弧焊、雷射焊接等現有技術牢靠固定在所述的基座5的相應位置上；3)將所述的光纖光柵3 —端尾纖利用膠粘、雷射焊接等現有技術固定在所述的光纖膜片固定處6;4)經預拉伸後，將所述的光纖光柵3另一端的尾纖利用現有技術固定在所述的光纖固定基座2上的所述的光纖固定基座固定處7，所述的光纖光柵3的拉伸量根據需要調整；5)所述的保護筒I和所述的基座5通過裝配螺紋裝配在一起，並做好密封措施；6)所述的尾纖8由所述的鎧裝光纜10保護，利用所述的密封膠9將所述的鎧裝光纜10的一端固定在所述的保護筒I上，並做好密封措施。本發明的實施例I的工作過程是將本發明所述的這種新型光纖流體差壓計通過所述的基座5上的所述的高壓端裝配螺紋5. 3和所述的低壓端裝配螺紋5. 4分別與兩路外界流體壓力通過導壓管連接在一起，然後，通過所述的高壓端流體導入孔5. 2和所述的高壓端流體導入孔5. 5分別將外界流體壓力導入到高壓端承壓腔和低壓端承壓腔，這樣，當兩路外界流體壓力存在壓差變化時，即所述的硬芯膜片4兩側的壓強差發生變化，引起所述的硬芯膜片4上中心硬芯處發生微位移，使所述的光纖光柵3受到拉伸或者壓縮，從而引起所述的光纖光柵3的中心反射波長的移動，通過探測所述的光纖光柵3的中心反射波長的移動量，即可檢測到兩路待測外界流體壓力壓差的變化信息。以上所述僅為本發明的較佳實施例之一，並不用以限制本發明，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種新型光纖流體差壓計，由保護筒、光纖固定基座、光纖光柵、硬芯膜片、基座、尾纖和鎧裝光纜構成，其特徵在於 所述的基座由膜片裝配孔、高壓端流體導入孔、高壓端裝配螺紋、低壓端流體導入孔、低壓端裝配螺紋和保護筒裝配螺紋組成； 所述的硬芯膜片一側為平面，另一側為硬芯，即為光纖膜片固定處，用於固定所述的光纖光柵一端的尾纖，而膜片的周邊通過現有技術密封固定在所述的基座上所述的膜片裝配孔上； 所述的保護筒與所述的基座之間形成的腔體為承壓腔，而所述的硬芯膜片將該承壓腔分為兩部分，所述的硬芯膜片與所述的保護筒之間的腔體為高壓端承壓腔，而所述的硬芯膜片與所述的基座之間的腔體為低壓端承壓腔； 所述的光纖光柵一端的尾纖固定在所述的硬芯膜片上的光纖膜片固定處，經預拉後，另一端的尾纖固定在所述的光纖固定基座上的光纖固定基座固定處； 所述的尾纖由所述的鎧裝光纜保護，利用密封膠將所述的鎧裝光纜的一端固定在所述的保護筒上，並進行密封； 這樣，待測壓差發生變化時，即所述的硬芯膜片兩側的壓強差發生變化，引起硬芯處發生微位移，使所述的光纖光柵受到拉伸或者壓縮，從而引起所述的光纖光柵的中心反射波長的移動，通過探測所述的光纖光柵的中心反射波長的移動量，即可檢測到待測壓差的變化信息。
2.如權利要求I所述的新型光纖流體差壓計，其進一步特徵在於所述的硬芯膜片可以是平膜片、或者波紋膜片、或者波紋管、或者膜盒的一種。
3.如權利要求I所述的新型光纖流體差壓計，其進一步特徵在於所述的光纖光柵，可以由光纖F-P腔、或者鋼弦替代。
4.如權利要求I所述的新型光纖流體差壓計，其進一步特徵在於通過改變所述的硬芯膜片的尺寸參數、材料參數可以實現光纖流體差壓計的靈敏係數的調整。
全文摘要
一種新型光纖流體差壓計，由保護筒、光纖固定基座、光纖光柵、硬芯膜片、基座、尾纖和鎧裝光纜組成。其中，硬芯膜片將由保護筒和基座之間形成的承壓腔分為高壓端承壓腔和低壓端承壓腔兩部分，光纖光柵一端的尾纖固定在硬芯膜片上的光纖膜片固定處，經預拉後，另一端的尾纖固定在光纖固定基座上的光纖固定基座固定處。這樣，待測壓差發生變化時，即硬芯膜片兩側的壓強差發生變化，引起硬芯膜片上硬芯處發生微位移，使光纖光柵受到拉伸或者壓縮，從而引起光纖光柵的中心反射波長的移動，通過探測光纖光柵的中心反射波長的移動量，即可檢測到待測壓差的變化信息。本發明不受抗電磁幹擾、本質安全、測量精度高、長期穩定性和可靠性好。
文檔編號G01L13/00GK102809460SQ20121030358
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者祝海麗 申請人:祝海麗