[发明专利]基于横向载荷增敏的膜片式光纤光栅压力传感器

说明书

一种基于横向载荷增敏的膜片式光纤光栅压力传感器，压力端盖内加工有承压膜片、一端设置有光纤和光纤固定机构，光纤的首端固定在压力端盖上且光纤位于压力端盖的中心轴上，光纤上刻写有栅区长度相同、中心波长不同的第一光栅和第二光栅，第二光栅两侧设有光纤固定点，将光纤固定在光纤固定机构上，光纤固定机构上第一光栅和第二光栅所对的位置加工有凹槽，使第一光栅和第二光栅悬空，光纤固定机构上设有封装套管，光纤固定机构或封装套管上设置有增敏杆，增敏杆的端部正对第一光栅，封装套管的另一端设置有保护端盖，光纤的尾端伸出到保护端盖外。本发明具有结构简单、灵敏度高、操作方便的优点，在工业自控环境中可以广泛推广使用。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及到基于横向载荷增敏的膜片式光纤光栅压力传感器。

背景技术

压力传感器被广泛应用于各种工业自控环境中，如水利、交通、电力、船舶、自动化、航空航天、石化和管道等众多行业，现阶段常用到的是传统的电类压力传感器。井下油层压力测量是判断油井变化、确定油层位置、厚度和含水率等的重要技术指标。一般油气井下的压力传感器件工作在高温高压、强腐蚀、强辐射等恶劣环境中，该环境对传感器的强度、密封性、耐腐蚀性具有较高的要求，传统电类压力传感器易受极端环境影响，寿命短，稳定性差，严重影响压力测量精度。

光纤光栅一般是通过特定的方法在光纤内一段纤芯或包层中引入周期性折射率调制而形成的一种光纤无源器件。基于光纤光栅结构的传感器已被广泛的应用于温度、压力、磁场等多种物理量的测量。以光纤光栅为传感元件，外界信号的感知与信息传输均在光纤中完成，其具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，可以满足油气井下压力测量需求。然而，光纤光栅相对于光纤干涉结构灵敏度较低，需要增加额外的增敏结构；压力和温度都会引起光纤光栅的中心波长的漂移，需要消除压力和温度的交叉敏感问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺点，提供一种设计合理、结构简单、灵敏度高、温度自补偿的基于横向载荷增敏的膜片式光纤光栅压力传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：压力端盖内加工有承压膜片、一端设置有光纤和光纤固定机构，光纤的首端固定在压力端盖上且光纤位于压力端盖的中心轴上，光纤上刻写有中心波长不同的第一光栅和第二光栅，第二光栅两侧设有光纤固定点，将光纤固定在光纤固定机构上，光纤固定机构上第一光栅和第二光栅所对的位置加工有凹槽，使第一光栅和第二光栅悬空，光纤固定机构上设有封装套管，光纤固定机构或封装套管上设置有增敏杆，增敏杆的端部正对第一光栅，封装套管的另一端设置有保护端盖，光纤的尾端伸出到保护端盖外。

作为一种优选的技术方案，所述的压力端盖的结构为：压力端盖本体一端端面中部加工有轴向压力孔，压力孔的底部为承压膜片，端盖本体另一端中部加工有传压杆、传压杆外加工有连接套，传压杆与承压膜片连为一体，连接套外壁上加工有螺纹。

作为一种优选的技术方案，所述的第一光栅固定时施加一定的轴向预应力，使中心波长漂移2～5nm。

作为一种优选的技术方案，所述的第一光栅与第二光栅之间的距离为10～20mm。

作为一种优选的技术方案，所述的传压杆横截面为矩形或半圆形或圆形。

作为一种优选的技术方案，所述的承压膜片为三角形或矩形或圆形，厚度为1.5～4.5mm。

发明的有益效果如下：

本发明通过改变承压膜片的面积和厚度来调整光纤光栅压力传感器的灵敏度和量程，以适应不同场合的监测要求，通过增敏杆来调整施加横向预应力的大小，横向预应力的施加最大可以使得轴向应变灵敏度增加二十倍，从而大幅提高压力传感器的灵敏度。本发明采用双光栅，由于两光栅距离较近，可认为处于同一温度场中，实现温度自补偿。本发明具有结构简单、灵敏度高、操作方便的优点，在工业自控环境中可以广泛推广使用。

附图说明