[发明专利]高灵敏度光纤光栅液位/流体压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光电子、光纤传感、光纤光栅传感领域，它可用对液位、流 体压力或压强进行监测。

背景技术

近年来波长编码的光纤光栅(Fiber Bragg grating(FBG))传感器已被成功地用 于压力、位移、温度、电流、磁场以及加速度等物理量的传感，并受到人们的广 泛关注。液位是日常生活中常见的物理量之一，考虑液面张力、液体与容器壁间 的粘附、以及液体内可能存有的气泡等，对常规的液位测量法(如：机械浮子类 液位计、电子类液位传感器、热学式液位计、雷达式液位传感器、超声波液位传 感器、同位素/放射性液位传感器、液压类液位计等)的结果都有影响；涉及的液 体可能具有腐蚀性、有毒，甚至易燃、易爆，危及安全；所用容器的形状以及是 否密封等都有可能影响测量结果，因此选择合适的液位传感器就显得极为重要。

如何对可燃、易爆液体的液位进行安全、有效地监测，一直困扰着工程技术 人员。考虑光纤的介电特性，并考虑F-P干涉腔动态范围大、线性度好的特点， 高应俊等人利用光纤F-P干涉腔对液位进行了传感，该装置传感结果易受环境因 素(如：温度、震颤等)影响，且难以排除，不易实现网络化监测。而FBG传感器 可克服上述的不足，M.G.XU等人于1993年首先对裸露的FBG的压力传感特性进 行了研究，发现在70MPa的高压下，FBG中心反射波长仅移动0.22nm，其压力 灵敏度很低；1996年他又将FBG固定于中空的玻璃球结构中，虽然提高了传感灵 敏度，但其装置中的FBG极易损坏，因而实用性有限。1998年刘云启等利用弹簧 管的末端驱动悬臂梁，通过观测梁表面光栅的波长漂移对气压进行了监测，该方 法难以排除温度对传感结果的影响。2006年郭金明，姜德生等人提出了一种基于 进口膜片的FBG压力传感器，发现粘贴在该膜片上的FBG压力传感器的中心波长 与压力变化有着良好的线性关系和很高的相关系数并且迟滞现象较小。2008年王 宏亮、乔学光等人，通过观察双光栅布拉格波长差，提出了一种应力迟滞和温度 自动补偿型FBG压力传感方法，但其灵敏度有限，也难以用于液位监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种高灵敏度光纤光栅液位/流体压力传感器，它利用 液压作用下弹簧管的伸张现象，用其对光栅进行轴向拉伸，通过观测波长漂移， 判断待测液位的高低或流体压力，甚至压强的大小，以实现对流体参数的高灵敏 度传感。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

高灵敏度光纤光栅液位/流体压力传感器，其特征在于：包括有一端密封另 一端连接在进压口上的弹簧管，所述弹簧管内腔与进压口连通，所述进压口上设 置有一个固定端面，弹簧管的密封端为自由端，所述自由端是通过封头密封的， 所述封头上设置有另一个固定端面，所述两个固定端面呈共面关系，将写有光纤 布拉格光栅FBG的光纤的两端分别固定于所述两固定端面上，两端面之间的光 纤呈紧绷状态。

所述的高灵敏度光纤光栅液位/流体压力传感器，其特征在于：采取双光栅 结构，所述两固定端面之间的光栅为传感光栅，还包括有与传感光栅级联并免受 拉力作用的补偿光栅，待测量转换为纤轴的拉力作用于所述传感光栅上，所述补 偿光栅与传感光栅处于同一温度场中，补偿光栅对传感光栅进行温度补偿。

所述的高灵敏度光纤光栅液位/流体压力传感器，其特征在于：所述固定端 面上分别开有直槽，两固定端面的直槽共线，写有传感光栅的光纤的两端分别固 定于两槽之中。

所述的高灵敏度光纤光栅液位/流体压力传感器，其特征在于：所述光纤通 过胶粘剂粘贴、埋置或者焊接的方法固定于所述槽中。

所述的高灵敏度光纤光栅液位/流体压力传感器，其特征在于：所述进压口 外壁带有螺纹，或者带有卡扣装置。

所述的高灵敏度光纤光栅液位/流体压力传感器，其特征在于：弹簧管采用 锡磷青铜或不锈钢等管材，其形状呈“C”形或能对传感光栅提供轴向应变的其 它形状，所述能对传感光栅提供轴向应变的其它形状可为：螺旋型(管螺簧)、 螺线型(管盘簧)、S型等；弹簧管截面为椭圆环，也可以是平椭圆环、D形环、 双零形环、8字形环、厚壁平椭圆环等。

所述的高灵敏度光纤光栅液位/流体压力传感器，其特征在于：所述进压口 上设置的固定端面与进压口焊接为一体，封头上设置的固定端面与封头焊接为一 体。