一種光纖溫壓一體傳感器的製作方法

2024-01-25 08:44:15 1

本實用新型涉及一種光纖傳感器，特別是一種光纖溫壓一體傳感器。

背景技術：

溫度傳感器和壓力傳感器可以說是傳感器行業使用得最大的兩種傳感器，而且溫度傳感器和壓力傳感器經常一起使用。每次需要測量壓力和溫度的時候都需要安裝壓力傳感器和溫度傳感器，十分不方便。尤其是在空間有限的地方，溫度傳感器和壓力傳感器會佔用很多的空間；關於溫度和壓力的共同測量的傳感器的實現變得越來越重要。

光纖光柵傳感器是近年來發展最為迅速、應用最為廣泛的光纖無源器件之一，與傳統電類傳感器相比，光纖光柵傳感器具有結構簡單、可靠性好、抗腐蝕、抗電磁幹擾能力強、可進行大面積的多點測量等優點；可以實現多物理參量，如溫度、壓力、流量等的同時區分測量，克服傳統傳感器成本高、測量精度低以及多個參量間相互串擾的缺點；光纖光柵傳感器可用於溫度和壓力的共同測量，但同時由於光纖光柵對溫度和應變同時敏感，光纖光柵中心波長的變化往往決定於外界應變與溫度的同時作用，在不同應力作用下及不同溫度下的光彈性不同，應變和溫度對光纖光柵的作用是耦合的，檢測單個光纖的波長變化無法對應變和溫度加以區分。

對於光纖光柵的交叉敏感問題，現在大部分採用兩個或兩個以上的光纖光柵組合來克服，這種方法需要兩個解調光源、兩個光譜分析儀，不僅增加成本，並且給光纖光柵傳感器的實際應用帶來不便，失去光纖光柵傳感器特有的波長編碼特性的優點；同時所採用的光纖光柵的測量方法計算非常複雜，計算量多，需要測量的參數很多，而且測量的精度和計算的精度都不是很好，無法達到高精度測量的目的。

技術實現要素：

本實用新型的發明目的在於：針對上述存在的問題，提供一種簡單方便能夠解決溫度和壓力的同時測量，以及在同時測量中將溫度和壓力的應變區分，解決交叉敏感問題的光纖溫壓一體傳感器。

本實用新型採用的技術方案如下：本實用新型一種光纖溫壓一體傳感器，包括光源、環形器、光譜分析儀和感應模塊；所述光源通過光纖連接環形器，環形器分別連接感應模塊和光譜分析儀；所述感應模塊為圓柱形殼體，所述殼體內部包括腔體和光纖光柵，所述腔體由空腔A、空腔B和隔層組成；所述隔層設於空腔A和空腔B之間，隔層上設置有進出口M；所述空腔B為凸形空腔，包括大徑空腔和小徑空腔，空腔B隔層對面的腔壁上設置有進出口N；所述腔體表面粘貼有串聯熔接在一起的FBG1、FBG2和FBG3光纖光柵，FBG1、FBG2和FBG3光纖光柵分別粘貼於對應空腔A以及空腔B的大小徑位置。

以上結構，檢測氣體或液體從進出口M和進出口N進入空腔中，腔體的腔壁在所測氣體或液體的壓力和溫度作用下發生形變，並傳遞到光纖光柵中，帶動 FBG產生形變，引起波長的漂移，通過光譜分析儀測得波長漂移，根據對應關係，就能計算壓力和溫度。

本實用新型一種光纖溫壓一體傳感器，所述光譜分析儀連接計算機，進行數據處理。

本實用新型一種光纖溫壓一體傳感器，所述空腔A的腔壁厚度和空腔B中大徑空腔的腔壁厚度相同；所述粘貼劑為氰基丙烯酸酯502-1粘合劑。

以上結構，當受到壓力和溫度時，由於應變的傳遞作用，帶動 FBG產生形變，FBG2和FBG3粘貼在同種材料上，由溫度引起的波長漂移量相同，空腔B的內壁厚度不同，傳遞的應變量不同，FBG產生的形變量不同，進而布拉格波長漂移量不同，通過測量波長漂移量，可以求得壓力；FBG1和FBG2的厚度相同，由壓力引起的波長漂移量相同，由於FBG1和FBG2粘貼在不同種材料上，FBG產生的形變量不同，進而布拉格波長漂移量不同，通過測量波長漂移量，可以求得溫度。

本實用新型一種光纖溫壓一體傳感器，所述空腔A的腔壁為10MoWVNb合金層，空腔B的腔壁為鎳基高彈性合金層。

以上結構，10MoWVNb合金和鎳基高彈性合金都具有很高的彈性靈敏度和溫度膨脹性，可以在壓力和溫度作用下產生較為明顯的形變，從而有利於測量。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是：

1、溫度和壓力的同時測量的實現，光纖光柵傳感器通過單光纖上不同段光柵在溫度和壓力的間接作用下發生波長漂移，根據波長漂移量和溫度及壓力的關係，可以同時測量溫度和壓力。

2、能夠將溫度和壓力的應變區分，解決光纖光柵傳感器在溫度和壓力同時測量中出現的交叉敏感問題，避免測量時出現很大的誤差，得到更精確的測量值。在傳感器中分別根據同種材料在相同溫度下波長漂移量相同，通過測量不同應變作用下的漂移量，求得壓力；根據相同壓力應變下波長漂移量相同，通過測量不同材料在溫度下的漂移量，求得溫度；從而將溫度和壓力區分，提高測量精度。

附圖說明

圖1是本實用新型一種光纖溫壓一體傳感器的結構示意圖。

圖2是本實用新型中感應模塊的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

如圖1所示，本實用新型一種光纖溫壓一體傳感器，包括光源、環形器、光譜分析儀和感應模塊；所述光源通過光纖連接環形器，環形器分別連接感應模塊和光譜分析儀；所述感應模塊為圓柱形殼體，所述殼體內部包括腔體和光纖光柵，所述腔體由空腔A、空腔B和隔層組成；所述隔層設於空腔A和空腔B之間，隔層上設置有進出口M；所述空腔B為凸形空腔，包括大徑空腔和小徑空腔，空腔B隔層對面的腔壁上設置有進出口N；所述腔體表面粘貼有串聯熔接在一起的FBG1、FBG2和FBG3光纖光柵，FBG1、FBG2和FBG3光纖光柵分別粘貼於對應空腔A以及空腔B的大小徑位置。

本實用新型一種光纖溫壓一體傳感器，所述光譜分析儀連接計算機，進行數據處理。

本實用新型一種光纖溫壓一體傳感器，所述空腔A的腔壁厚度和空腔B中大徑空腔的腔壁厚度相同；所述粘貼劑為氰基丙烯酸酯502-1粘合劑。

本實用新型一種光纖溫壓一體傳感器，所述空腔A的腔壁為10MoWVNb合金層，空腔B的腔壁為鎳基高彈性合金層。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。