一種光纖光柵壓力傳感器的製作方法
2023-10-26 15:11:42
本實用新型涉及一種光纖光柵傳感器，具體涉及一種光纖光柵壓力傳感器。
背景技術：
：油浸變壓器充油後，因為絕緣墊塊浸油後的機械特性變化，繞組壓緊力會低於繞組在生產過程中所施加的壓緊力，且無法測量。而該指標與變壓器的抗短路能力密切相關。光纖光柵壓緊力傳感器可以安全、穩定、準確的在線監測變壓器注油後以及變壓器運行過程中繞組壓緊力的大小，為變壓器製造廠設計、工藝改進提供支持。採用光纖光柵壓緊力傳感器進行監測則可及時發現異常，降低故障。目前監測通常採用電類壓力傳感器，但它們無法安裝在變壓器內部對繞組進行監測。光纖傳感器監測與光纖信號傳輸完全無電，其優良的絕緣性能，不引雷，即使受到雷擊，該系統仍可正常工作。技術實現要素：本實用新型所要解決的技術問題是：如何監測變壓器中的繞組受到的壓力的技術問題，提出一種光纖光柵壓力傳感器。本實用新型的技術問題通過以下的技術方案予以解決：一種光纖光柵壓力傳感器，包括基體、光纖、兩個撐條；所述基體的受力面設有凸臺；所述兩個撐條與所述凸臺固定連接；所述兩個撐條上都設有槽，所述光纖穿過所述撐條並緊緻固定在所述槽上，所述兩個撐條之間的所述光纖刻有第一光纖光柵。進一步地，所述基體的內側設有凸起，所述凸起設有凹槽，所述光纖穿過所述凸起，並固定在所述凹槽內。更進一步地，位於所述凸起與所述撐條之間的所述光纖處於自由狀態，所述光纖穿過所述凸起的引出部分設有第二光纖光柵，所述第二光纖光柵與所述基體內壁之間無任何接觸。具體地，所述第一光纖光柵位於所述兩個撐條的中間位置；所述凸臺與所述基體的對稱中心相同。具體地，所述光纖光柵壓力傳感器還包括底板，用來封裝所述基體。具體地，所述凸臺的表面積小於所述基體空腔的上表面積。具體地，所述光纖光柵壓力傳感器還包括保護套管及螺旋保護管，從所述基體穿出的所述光纖穿過所述保護套管，所述螺旋保護管套住所述保護套管。具體地，所述基體開設有孔，用來使所述基體與外界環境相通。具體地，所述凸臺的凸出高度為0.5～0.8mm，和/或所述凸臺與所述基體空腔上表面之間的厚度為1～3mm。具體地，所述基體的材質採用鈦合金。本實用新型與現有技術對比的有益效果包括：凸臺承受外界的壓力而發生彈性形變，與凸臺連接的兩個撐條會隨之撐開一定的角度，從而使得緊緻固定在所述撐條上的光纖光柵受到拉伸，通過檢測光纖光柵的波長變化量即可獲取凸臺所受到的壓力，從而實現壓力的監測。附圖說明圖1是本實用新型具體實施方式中光纖光柵壓力傳感器的結構示意圖。圖2是本實用新型具體實施方式中光纖光柵壓力傳感器的結構示意圖。圖3是本實用新型具體實施方式中光纖光柵壓力傳感器的結構示意圖。圖4是本實用新型具體實施方式中光纖光柵壓力傳感器受到的壓力值與波長值的線性曲線圖。具體實施方式下面對照附圖並結合優選的實施方式對本實用新型作進一步說明。本發明具體原理如下：光纖光柵壓緊力傳感器由基體-光纖光柵構成，進行壓力檢測時，當傳感器的凸臺受到力的作用時會使凸臺產生形變，使凸臺內側的兩個T型撐條之間距離發生變化，從而使光纖光柵產生拉伸，其光纖光柵中心波長隨之發生漂移。使用有限元軟體對模型進行分析，可得到其受力大小與兩T型撐條間隔距離大小為線性關係。由此，製作成傳感器驗證了傳感器所受到的力與波長變化成線性關係，且具有重複性。光纖光柵壓緊力傳感器其波長變化量為：Δλ＝K1*ΔT+Kε*Δε其中K1為應力光柵的溫度係數，為波長變化量與溫度的比值，Kε為應力係數，為波長變化量與壓力的比值，Δλ為波長變化量，ΔT為溫度變化量，Δε為壓力引起的應變變化量。在測壓力光纖光柵旁邊增加一根處於自由狀態下的光纖光柵作為溫度補償。溫度補償光纖光柵其波長變化量為：ΔλT＝KT*ΔT其中KT為溫度係數，為波長變化量與溫度的比值。由此，剔除溫度的影響，得到受力時波長的變化量為：通過檢測波長的變化量即可獲得光纖光柵壓力傳感器所受到的力。本具體實施提供了一種光纖光柵壓力傳感器，如圖1-3所示，包括基體1、光纖2、兩個撐條3；所述基體1的受力面設有凸臺4；所述兩個撐條與所述凸臺固定連接；所述兩個撐條3上都設有槽，所述光纖2穿過所述撐條並緊緻固定在所述槽上，所述兩個撐條之間的所述光纖刻有第一光纖光柵21。需要說明的是，凸臺4的尺寸是經過計算後設計的，與基體的受力面成一定的比例關係；其高度則根據其量程的最大值來設定，當凸臺受到的力超過其最大量程時，凸臺會下陷至與基體受力面同面，此時基體受力面分擔凸臺的大部份受到的力，從而不會損壞光纖光柵壓力傳感器，對光纖光柵壓力傳感器起到保護的作用。在本具體實施方式中，所述基體的內側設有凸起5，所述凸起5設有凹槽，所述光纖2穿過所述凸起5，並固定在所述凹槽內。在本具體實施方式中，位於所述凸起與所述撐條之間的所述光纖處於自由狀態，所述光纖2穿過所述凸起5的引出部分設有第二光纖光柵22，所述第二光纖光柵22與所述基體1內壁無任何接觸。第二光纖光柵22與所述基體1內壁不接觸是為了讓第二光纖光柵22處於懸空的狀態，不會因為碰觸到其它硬物，而使其波長發生不可知的變化。在本具體實施方式中，第一光纖光柵21用來檢測受力，第二光纖光柵22用來消除溫度的影響，第二光纖光柵22與第一光纖光柵21串聯，只需要用到一根光纖，也可減少光纖接頭的引出，簡化了基體的內部結構。在本具體實施方式中，所述第一光纖光柵21位於所述兩個撐條3的中間位置；所述凸臺4與所述基體1的對稱中心相同。在本具體實施方式中，所述光纖光柵壓力傳感器還包括底板，用來封裝所述基體。在本具體實施方式中，所述凸臺4的凸出高度為0.5～0.8mm，和/或所述凸臺4與所述基體空腔上表面之間的厚度為1～3mm。具體地，凸臺的凸出高度為0.6mm，所述凸臺與所述基體空腔上表面之間的厚度為1mm。凸臺的凸出高度及所述凸臺與所述基體空腔上表面之間的厚度是根據其受力的最大量程所設，當受力超過最大量程時，0.6mm的高度則下降至0。在本具體實施方式中，所述撐條3為T型撐條。T型撐條的高度設定與傳感器測量精度相關，其高度值越大，傳感器測量的解析度越高，但如果高度值過大則會影響傳感器的壽命，在本具體實施方式中，T型撐條的高度值為4～7mm，具體地，T型撐條的高度值為4mm。在本具體實施方式中，所述光纖光柵壓力傳感器還包括保護套管6及螺旋保護管7，從所述基體穿出的所述光纖2穿過所述保護套管6，所述螺旋保護管7套住所述保護套管6。在本具體實施方式中，所述基體開設有孔，用來使所述基體與外界環境相通。在本具體實施方式中，所述撐條與所述凸臺固定連接的方式包括一體成型或焊接。在本具體實施方式中，所述基體1的材質採用鈦合金，保證了傳感器有較好彈性，同時是弱磁性，幾乎不與變壓器內部的磁場產生作用。在本具體實施方式中，光纖2固定在撐條及凸起上是通過膠固定，具體的是通過353ND膠固定。需要說明的是，凸臺下表面與背面厚度、尺寸與受力形成的形變有直接的關係，且與傳感器長寬高也成一定比例關係。在本具體實施方式中，基體凸臺部分的厚度為1～3mm，傳感器長寬高的比為18:6:1。本具體實施方式中，如表1所示，對光纖光柵壓力傳感器施加力，傳感器會輸出對應的波長值，如圖4，力值與波長值成線性關係。表1力值(KN)波長值(nm)01533.02710.51533.408211533.81731.51534.215421534.60552.51535.014本具體實施方式中的光纖光柵壓力傳感器能測量的壓力範圍為0～60KN(KN表示單位千牛),但不限於此範圍，信號設計，穩定性好，抗電磁幹擾能力強，可在高壓高溫環境中使用，同可實現多點實時監測。該光纖光柵壓力傳感器可以安全、穩定、準確的在線監測變壓器注油後以及變壓器運行過程中繞組壓緊力的大小，為變壓器製造廠設計、工藝改進提供支持。採用光纖光柵壓緊力傳感器進行監測則可及時發現異常，降低故障。光纖傳感器監測與光纖信號傳輸完全無電，其優良的絕緣性能，不引雷，即使受到雷擊，該系統仍可正常工作，本實施例中的光纖光柵傳感器用於測力而不是測壓強，封裝時可以不作密封處理，簡化了工藝。以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬
技術領域：
的技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。當前第1頁1 2 3