基於等強度梁的光纖壓強傳感器的製作方法

2023-09-15 02:44:30

專利名稱：基於等強度梁的光纖壓強傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖傳感器技術領域，尤其涉及 一 種 基於等強度梁的光纖壓強傳感器。
背景技術：
光纖傳感器與對應的常規傳感器相比，在靈敏度、 動態範圍、可靠性等方面具有明顯的優勢，在建築、 石油、軍事應用領域顯得尤為突出。光纖壓強傳感器是利用光纖的傳光特性以及它與 周圍環境相互作用產生的種種調製效應，探測周圍環 境壓強的儀器。它與傳統的壓強傳感器相比，有以下 主要優勢壓強靈敏度高、不受電磁幹擾、重量輕、 耐高溫、結構小巧、可靠型高，以及兼具信息傳感及 光信息傳輸於 一 身等優點。鑑於光纖壓強傳感器的如上技術優勢，可滿足各 發達國家在石油、軍事等領域的要求，目前已經在此
方面積極展開研究。在常見的強度調製型、數字式、光纖光柵式光纖壓強傳感器中光纖光柵式光纖壓強傳感器是目前的主要研究方向傅海威和傅君眉等人報導了一種光纖光柵壓力傳感器，是採用在將光纖光柵的端粘接在線形膜片上進々1增敏的辦法，通過圓膜片在法線方向的位移來帶動光纖光孤 柵產生應變從而檢測壓強。這樣製作的光纖壓強傳感器要求預應力粘接光纖，並且採用點式粘接，工藝複雜，線性膜片較薄:，對於大壓強難於測』t ，並且對於溫度的變化較為敏感因此，如何簡化工藝，提咼傳感器的壓強測量範圍，同時消除溫度敏感是光纖壓強傳感器走向實用化必需解決的重要技術之~~■。發明內容要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供 一 種光纖 壓強傳感器，以減小光纖壓強傳感器的封裝工藝難度， 提高傳感器的壓強測量範圍，並進行溫度補償。 本發明的技術方案為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:本發明一種基於等強度梁的光纖壓強傳感器，其特徵在於包括支撐筒，為--筒體，該支撐筒為光纖壓強傳感器的主體，該支撐筒的下壁面相對的位置開有兩圓孑L ;膜片，該膜片固定在支撐筒的下端；A山 順生 皿，該端蓋安裝在支撐筒的上端，用於密封支撐筒等強度梁，該等強度梁為一 L形，該等強度梁的面固定在支撐筒內的側壁上，該等強度梁的另一面與膜片之間有 一 間隙，該等強度梁與膜片中心處之間有一凸臺，該凸臺用於傳遞膜片的形變；光纖光柵，該光纖光柵固定在等強度梁與膜片之間的底面上，該光纖光柵兩端的尾纖分別從支撐筒上的兩圓孔引出；溫度補償光纖光柵，該溫度補償光纖光柵固定在立而蓋的內面上，該溫度補償光纖光柵 一 端的尾纖從支撐筒上的 一 圓孔引出。 其中所述的膜片與支撐筒為分體結構或為體結構苴中所述的膜片為中心厚、邊緣漸薄的結構。苴 Z 、中所述的等強度粱是通過螺栓或者粘接的方式固定在支撐筒的內壁上。中所述的光纖光柵和溫度補償光纖光柵的固定方式是粘接固定。中所述的凸臺與等強度梁接觸的 一 端開有一槽，用於穿過光纖光柵的尾纖。中所述的支撐筒側壁的圓孔內進 一 步安裝有圓柱型接頭，用於固定引出的光纖光柵與溫度補償光纖光恤 微的尾纖。中所述的支撐筒與端蓋聯接處以及圓柱型接頭內塗有咼強度密封膠，使支撐筒內部構成密閉的空氣腔。中所述的端蓋與支撐筒材料的熱膨脹係數相同有效果/人上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益
效果1、工藝簡單。通過將光纖光柵粘接於金屬表面 進行壓強檢測和溫度補償，減小了工藝難度，使得工 藝 一 致性易於保證。2、聲壓靈敏度便於控制。可以通過調節等強度梁40的厚度、膜片20的厚度、半徑等幾何參數或者彈性模量等材料參數等來調節光纖壓強傳感器的靈敏度3、消除了外界溫度變化的影響。通過溫度補償光纖光柵60進行了溫度補償，使傳感器因外界溫度變化弓1起的偏差被剔除掉。


為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合員體實施例，並參照附圖，對本發明進詳細說明其中圖1為本發明提供的光纖壓強傳感器的結構剖面一.jit 不思2為圖1中凸臺4 1的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，圖l為本發明提供的基於等強度梁 的光纖壓強傳感器的結構剖面示意圖。該光纖壓強傳感器包括 一 支撐筒1 0 ，為 一 筒體，該支撐筒1 0 為光纖壓強傳感器的主體，該支撐筒1Q的下壁面相對的位置開有兩圓孔1 1 、 12 ; —膜片20 ，該膜片2 0固定在支撐筒1 0的下端，用於感受外界壓強；一端生 皿30，該蓋30安裝在支撐筒10的上一山 順，用於密封支撐筒i ~■等強度梁40，該等強度梁4 0為—形，該等強度梁4 0的面固定在支撐筒1 0內的側壁上，該等強度梁40的另—面與膜片20之間有間隙，該等強度梁40與膜片20中心處之間有凸臺41 ，該凸臺4 1用於將膜片20的形變傳遞到等強度梁的， 頓部; 一光纖光微50，該光纖光柵50固定在等強度梁4 0與膜片20之間的底面上，用於感受等強度梁上的應變，該光纖光恤 棚50兩端的尾纖分別從支撐筒10上的兩圓孔11、12引出；溫度補償光纖光柵6 0 ，該溫度補償光纖光恤 微6 0固定在立而3 0的內面上，用於感受溫度變化，進行溫度補償，該溫度補償光纖光柵60一山 順的尾纖從支撐筒10上的一圓孔1 1引出膜片20與支撐筒10可以採用不同的加工製作
方式使之成為分體結構或為 一 體結構。並且膜片2 0 為中心厚、邊緣漸薄的結構，這樣在同樣的壓強作用 下，將會產生更大的變形。等強度梁4 O是通過螺栓或者粘接的方式固定在 支撐筒1 0的內壁上。光纖光柵5 0和溫度補償光纖光柵6 0的固定方 式是粘接固定。凸臺4 l與等強度梁4 0接觸的一端開有一槽42 (圖2中)，用於穿過光纖光柵5 O的尾纖。支撐筒1 0側壁的圓孔1 1 、1 2內進 一 步安裝 有圓柱型接頭l 3、1 4，用於固定引出的光纖光柵 5 0與溫度補償光纖光柵6 0的尾纖。支撐筒l 0與端蓋3 0聯接處以及圓柱型接頭13 、 1 4內塗有高強度密封膠，使支撐筒1 0內部構 成密閉的空氣腔。端蓋3 0與支撐筒1 0的側壁具有 足夠的剛度抵抗外界的壓強，而膜片2 O的厚度一般 遠遠小於支撐筒1 0側壁的厚度，因而對外界壓強敏 感，作為傳感元件。當外界有壓強作用於傳感器上時，膜片2 0發生 形變，向內彎曲，其中心的撓度量通過凸臺4 1傳遞 到等強度梁4 0的端部，使等強度梁發生彎曲。對於 等強度梁，其表面的應變是均勻的，這樣就帶動粘接
在等強度梁4 0上的光纖光柵5 0產生均勻的拉應變，從而引起光纖光柵反射波長的變化。對於光纖光柵，反射波長的變化量與所受應變成正比，故通過檢測波長的變化量可以得到外界壓強的大小^—山 順全30與支撐筒1 o採用熱膨脹係數相同的材料製作，當外界的、〉曰度發生變化時，由於溫度變化引起的光纖光柵反射波長的變化對於傳感光柵50和溫度補償光纖光柵60是相同的，故可以通過將其波長的漂移相減的方法消除溫度變化的影響。同時，該光纖壓強傳感器的靈敏度與多項結構和材料參數有關。比如可以通過調節等強度梁40的厚度和使用的材料的彈性模量來改變該光纖壓強傳感器的靈敏度再比如可以通過改變膜片2 0的厚度、半徑等幾何參數或者鵬片2 0使用的材料的彈性模量等材料參數等來調節該光纖壓強傳感器的靈敏度(並且可以將該光纖壓強傳感器的光纖光恤 柵50和溫度補償光纖光恤 微6 0的尾纖分別與另一光纖壓強傳感器的傳感光纖和溫度補償光纖串聯起來，進行多以上所述的員體實施例，對本發明的目的、技術方案和有、/-效果進行了進 一 步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已並不用 於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做 的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明 的保護範圍之內。
權利要求
1. 一種基於等強度梁的光纖壓強傳感器，其特徵在於，包括一支撐筒，為一筒體，該支撐筒為光纖壓強傳感器的主體，該支撐筒的下壁面相對的位置開有兩圓孔；一膜片，該膜片固定在支撐筒的下端；一端蓋，該端蓋安裝在支撐筒的上端，用於密封支撐筒；一等強度梁，該等強度梁為一L形，該等強度梁的一面固定在支撐筒內的側壁上，該等強度梁的另一面與膜片之間有一間隙，該等強度梁與膜片中心處之間有一凸臺，該凸臺用於傳遞膜片的形變；一光纖光柵，該光纖光柵固定在等強度梁與膜片之間的底面上，該光纖光柵兩端的尾纖分別從支撐筒上的兩圓孔引出；一溫度補償光纖光柵，該溫度補償光纖光柵固定在端蓋的內面上，該溫度補償光纖光柵一端的尾纖從支撐筒上的一圓孔引出。
2、根據權利要求1所述特徵在於，中所述的膜片與溫度補償光纖光柵固定 光纖光柵 一 端的尾纖從的光纖壓強傳感器，其 支撐筒為分體結構或為 一體結構。
3 、根據權利要求1或2所述的光纖壓強傳感器，苴 z 、特徵在於，其中所述的膜片為中心厚、邊緣漸薄的結構
4、根據權利要求1所述的光纖壓強傳感器，其特徵在於， 其中所述的等強度梁是通過螺栓或者粘接的方式固定在支撐筒的內壁上。
5、根據權利要求1所述的光纖壓強傳感器，特徵在於，其中所述的光纖光柵和溫度補償光纖光柵的固定方式是粘接固定。
6、根據權利要求1所述的光纖壓強傳感器，其特徵在於， 其中所述的凸臺與等強度梁接觸的一山 順開有槽，用於穿過光纖光柵的尾纖
7、根據權利要求3所述的光纖壓強傳感器，特徵在於，其中所述的支撐筒側壁的圓孔內進—步安裝有圓柱型接頭，用於固定引出的光纖光棚與溫度補償光纖光柵的尾纖。
8、根據權利要求1 、 7所述的光纖壓強j專感器，特徵在於，其中所述的支撐筒與—山 順生 皿聯接處以及圓柱型接頭內塗有高強度密封膠，使支撐筒內部構成密閉的六氣腔。
9.根據權利要求1所述的光纖壓強傳感器特徵在於，其中所述的端蓋與支撐筒材料的熱膨脹系 數相同。
全文摘要
一種基於等強度梁的光纖壓強傳感器，包括一支撐筒，為一筒體，為光纖壓強傳感器的主體，其下壁面相對的位置開有兩圓孔；一膜片固定在支撐筒的下端；一端蓋安裝在支撐筒的上端，用於密封支撐筒；一等強度梁為一L形，該等強度梁的一面固定在支撐筒內的側壁上，另一面與膜片之間有一間隙，該等強度梁與膜片中心處之間有一凸臺，該凸臺用於傳遞膜片的形變；一光纖光柵固定在等強度梁與膜片之間的底面上，該光纖光柵兩端的尾纖分別從支撐筒上的兩圓孔引出；一溫度補償光纖光柵固定在端蓋的內面上，該溫度補償光纖光柵一端的尾纖從支撐筒上的一圓孔引出。
文檔編號G01L1/24GK101210851SQ20061016975
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月28日 優先權日2006年12月28日
發明者劉育梁, 張文濤, 芳 李 申請人:中國科學院半導體研究所