[发明专利]一种温度补偿式光纤压力传感器及其受力计算方法

说明书

本发明公开了一种温度补偿式光纤压力传感器及其受力计算方法，包括受压台、传力柱和菱形压力感测器；受压台与传力柱的外侧面相固连；菱形压力感测器位于传力柱的内侧面，并与传力柱相接触；菱形压力感测器包括：菱形梁和光纤光栅；菱形梁包括围合连接呈菱形结构的四个侧梁，四个侧梁的内侧和外侧相对应位置分别粘接有光纤光栅。本发明通过光纤光栅在菱形压力感测器内的结构设置，提高了传感精度；此外，本发明通过所引入的压力感测结构，能确保后续的数据处理计算中将温度项自动抵消，从而实现温度自补偿、消除温度对传感器的影响。

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，更具体的说是涉及一种温度补偿式光纤压力传感器及其受力计算方法。

背景技术

光纤光栅4是最近几十年发展最为迅速的一种新型的光纤无源器件。光纤光栅传感器除具有光纤传感器的全部优点外，还具备其独特的优越性，如：抗干扰能力强、光纤光栅是自参考的，可以进行绝对测量、传感探头结构简单、便于构成各种形式的光纤传感网络，并且特别适于恶劣环境中应用。光纤传感器作为一种新型的传感器件已应用到各个领域，发挥着重要的作用。光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理参数，与传统的机电传感器相比具有很多优势。但是，当前光纤光栅传感器存在温度与应变交叉敏感效应的问题，在测量应变时，温度的影响很难消除，从而限制了其实际应用。

因此，如何提供一种有利于消除温度对传感器的影响的光纤压力传感器及其受力计算方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种温度补偿式光纤压力传感器及其受力计算方法。通过光纤光栅在菱形压力感测器内的结构设置，提高了传感精度；此外，本发明通过所引入的压力感测结构，能确保后续的数据处理计算中将温度项自动抵消，从而实现温度自补偿、消除温度对传感器的影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的发明内容的一个方面公开了一种温度补偿式光纤压力传感器，包括受压台、传力柱和菱形压力感测器；其中，

所述受压台与所述传力柱的外侧面相固连；

所述菱形压力感测器位于所述传力柱的内侧面，并与所述传力柱相接触；所述菱形压力感测器包括：菱形梁和光纤光栅；

所述菱形梁包括围合连接呈菱形结构的四个侧梁，四个所述侧梁的内侧和外侧相对应位置分别粘接有所述光纤光栅。

优选的，所述传力柱具有两个，分别位于所述菱形压力感测器相对的两端。

优选的，所述受压台具有两个，分别固连于两个所述传力柱的外侧面。

优选的，所述受压台、所述传力柱均设有供光纤光栅穿出的孔洞，所述光纤光栅的一端通过所述孔洞穿出并连接至光缆线。

优选的，还包括导线管，所述导线管用于容纳穿出的所述光纤光栅，所述导线管由所述受压台的孔洞延伸至所述光纤光栅与所述光缆线的连接节点。

优选的，所述菱形结构的对角线尺寸为8cm×4cm；所述受压台位于长对角位置上。

优选的，还包括保护壳，所述保护壳包覆所述传力柱和所述菱形压力感测器。

优选的，所述侧梁的材质为弹塑性钢材。

本发明还公开了一种基于本发明内容第一方面的温度补偿式光纤压力传感器结构的受力计算方法：

传感器受力表达式：

P₀＝k₀·ε₀ (1)

其中，P₀为受压台受到的压力，ε₀为菱形梁受压下的轴向应变，k₀为比例系数；