[实用新型]高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器

说明书

技术领域：

本实用新型涉及土木工程以及光纤传感领域，特别是一种高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器。

背景技术：

流体压力是最基本的工业过程参数之一。在工业生产过程以及大型工程现场中，使用了大量的各种基于电信号检测原理的压力传感器。在许多存在电磁干扰、受雷击几率较大、易燃、易爆等恶劣环境中，以及多点测量、传感器与检测设备距离远的情况下，准确、安全、可靠地实现压力的测量对保证生产工艺过程的安全性和经济性具有十分重要意义。

近十几年来，随着光纤光栅制作技术的日益成熟、光纤光栅解调技术日益完善，光纤光栅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗雷击、波长直接绝对编码、不受光功率波动影响、长期可靠性和稳定性好、信号长距离传输、波分复用组网以及能在易燃易爆环境中应用等诸多优点，基于光纤光栅原理的流体压力传感监测系统可以较好地完成在恶劣环境下的流体压力测量。但是，由于光纤光栅本身压力敏感系数仅为-1.98×10-6MPa-1，直接使用时其灵敏度不够，所以压力测量时必须对光纤光栅进行压力增敏才能够满足实用化的要求。现有技术对光纤光栅进行压力增敏主要有以下两种办法：

1、聚合物封装方式：刘云启等人2000年在中国激光杂志(2000，27(3)，211～214)上报道了利用聚合物封装方式将光纤光栅的压力敏感系数提高到-6.28×10^-5MPa^-1，为裸光栅的31.7倍，该封装结构具有压力增敏和保护光栅的双重作用。但该方案的封装工艺较为复杂，并且容易导致光纤光栅的反射谱出现啁啾现象，不利于探测，还存在老化和蠕变现象，影响传感器的稳定性和可靠性。

2、弹性元件的压力变送方式：中国专利“光纤光栅液位传感器”(专利号：CN 200320117647.X)描述了一种压力增敏结构的液位传感器，其构成为壳体、片状弹性元件以及带有光纤光栅的光纤。液体压力的变化导致片状弹性元件中心的产生一定的位移量，进而引起光纤光栅的形变，导致光纤光栅反射波长发生移动，通过监测光纤光栅反射波长的移动获知液位(液压)的变化。该专利技术很好地将液体压力的变化转换成了光纤光栅中心反射波长的变化，但是该技术还存在如下问题：(1)在封装过程中为了保证传感器的量程必须要对光纤光栅进行较大的预拉伸，这就增加了封装过程中的难度；(2)对小量程压力传感器，较大的预拉伸量导致片状弹性元件的出现严重非线性，影响测量精度；(3)该技术方案只能单端引出光纤，不利于组网。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器，所述的这种高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器要解决现有技术中光纤光栅流体压力传感器稳定性和可靠性不理想、封装难度大的技术问题。

本实用新型的这种高精度双波纹管结构光纤光栅流体压力传感器由一个壳体、一个第一光缆、一个第二光缆、一个外波纹管、一个内波纹管和一个敏感元件构成，其中，所述的壳体呈盲管状，所述的内波纹管设置在所述的外波纹管内，内波纹管与外波纹管之间设置有间隙，内波纹管的一端和外波纹管的一端均固定连接在一个固定端盖上，所述的固定端盖固定连接在壳体的开口一端，内波纹管的另一端和外波纹管的另一端均固定连接在一个自由端子上，所述的自由端子悬浮设置在壳体内，固定端盖中设置有一个固定端光纤固定件，自由端子中设置有一个自由端光纤固定件，所述的敏感元件悬浮设置在内波纹管内，敏感元件的两端分别与所述的固定端光纤固定件和自由端光纤固定件连接，所述的第一光缆从壳体外与固定端光纤固定件连接，所述的第二光缆从壳体的另一端穿入壳体并与自由端光纤固定件连接，固定端盖中设置有两个流体导孔，任意一个所述的流体导孔的一端均与内波纹管与外波纹管之间的间隙连通。

进一步的，所述的固定端盖通过螺纹与壳体密封连接。

进一步的，所述的固定端盖通过焊接结构与壳体密封连接。

进一步的，所述的敏感元件是光纤光栅、或者光纤F-P腔、或者钢弦。

本实用新型的工作原理是：将壳体于变化的流体压力环境中，通过流体导孔，外界的流体压力的变化施加给外波纹管和内波纹管之间形成的承压腔，在双波纹管结构的带动下，自由端子发生位移，进而光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起光纤光栅的反射波长的移动，通过第一光缆、第二光缆传递的光信号检测光纤光栅的反射波长的移动量，即可检测得到流体压力的变化信息。