[发明专利]一种膜片式级联结构的光纤光栅压力传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种膜片式级联结构的光纤光栅压力传感器及其制作方法，该压力传感器包括通过套筒依次连接的多个压力传感器，套筒侧壁上开设透水孔；每个压力传感器均包括压力外壳和位于压力外壳底部的压力膜片，光纤一端固定在最底端的压力膜片上，另一端穿过各级压力外壳和压力膜片，由尾纤保护套穿出；光纤位于压力外壳内的部分设置有测压光纤光栅，位于套筒内的部分设置有测温光纤光栅，测压光纤光栅处于预拉伸状态，测温光纤光栅处于自由状态；本发明所公开的压力传感器密封和连接采用激光焊接工艺，制作方法简单可靠，具有高精度、大量程、小型化、一体化的优点，对投弃式海洋温深剖面测量具有显著的效果。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种膜片式级联结构的光纤光栅压力传感器及其制作方法。

背景技术

在动态的海洋环境中，需要实时探测计算各种参数，才能保证科学设备正常使用的和人员安全。温度、压力、盐度是海洋中探测最基本的三个参数，他们是声速、密度等参数计算的基础，各国对温盐深仪的研究热度只增不减。

现有的光纤光栅压力传感器如要实现大量程，则需增加膜片的厚度，然而，膜片厚度越大，对外界压力变化量也越不敏感，即测量精度越低。因此，无法兼顾大量程和高精度的要求。

专利CN202255710U中公开了一种T型结构易于串联的光纤光栅压力传感器，通过直接拉伸测压光纤光栅来测量外界压力，虽然灵敏度高，但测量量程小，光栅部位很容易拉断，因此其采用不锈钢套管封装的方式对光栅进行保护。这样做虽然能增强光栅的抗拉性，但极大的降低了其灵敏度。

专利CN205958169U公开了一种串联式光纤光栅压力传感器，通过两端输出，可以将多个压力传感器串联起来，形成准分布式网络测量系统，该种方式体积大，成本高，不利于单点投弃式测量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种膜片式级联结构的光纤光栅压力传感器及其制作方法，以达到可兼顾大量程、高精度的要求，并且体积小，可单点投弃式测量。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种膜片式级联结构的光纤光栅压力传感器，包括通过套筒依次连接的多个压力传感器，所述套筒侧壁上开设透水孔；每个压力传感器均包括压力外壳和位于压力外壳底部的压力膜片，除最底端的压力膜片外，其余的压力膜片上均开设中心孔，所述中心孔内焊接有套管；所述压力外壳顶部开设过纤孔，位于最顶端的压力传感器的压力外壳外部设置尾纤保护套；

光纤一端固定在最底端的压力传感器的压力膜片上，另一端穿过各级压力外壳上的过纤孔和各级压力膜片上的套管，最后由尾纤保护套穿出；光纤位于压力外壳内的部分设置有测压光纤光栅，位于套筒内的部分设置有测温光纤光栅，光纤中部分别固定在过纤孔和套管上，所述测压光纤光栅处于预拉伸状态，所述测温光纤光栅处于自由状态；

各个压力传感器的压力膜片厚度不同，且各个压力传感器对应不同的光纤光栅反射光谱，反射光谱相邻的峰值间隔大于5nm。

上述方案中，最底端的压力膜片上焊接有固定墩，所述固定墩上端开设微孔，所述微孔内填充胶体，所述光纤一端插入所述固定墩的微孔内固定。

上述方案中，所述测压光纤光栅和测温光纤光栅的栅区长度为0.1mm～15mm，每个测压光纤光栅或测温光纤光栅中心波长均不同。

上述方案中，所述压力膜片为铍青铜材料，压力膜片的厚度为0.2mm～1.2mm。

上述方案中，所述套筒长度为5mm～10mm，所述透水孔的直径为0.5mm～2mm。

上述方案中，所述套筒与前一级压力外壳之间采用激光焊机的方式进行固定或密封，所述套筒顶部设置凹台，后一级压力膜片采用激光焊机的方式固定密封在凹台内。

一种膜片式级联结构的光纤光栅压力传感器的制作方法，包括如下步骤：