[实用新型]一种鱼型光纤光栅大量程压力传感器

说明书

本实用新型涉及一种鱼型光纤光栅大量程压力传感器，适于检测管道内的液体压力，包括骨架，骨架由两个相互对称设置的金属片组成，金属片设为纵向长横向短的薄片结构，两个金属片的中间部分别向外隆起设置，使两个金属片之间形成一个空腔，空腔内设有类似鱼泡的气囊，气囊和金属片之间设有填充物。本实用新型根据鱼体的仿生学原理，设计有鱼骨形的金属片，并且在金属片的“鱼际线”中轴线内外两侧设置光纤光栅，其中一个金属片两侧的两根光纤光栅，利用金属片正反变形原理消除温度对光栅的影响，实现温度自补偿的压力检测；另一侧的金属片设有凹或凸的筋槽，起到强化金属片对光纤光栅径向椭圆变形的支撑作用，利用双折射的谐振波长分裂接力检测中高压。

技术领域

本实用新型涉及涉及光纤传感技术领域和液压检测技术领域，具体涉及一种鱼型光纤光栅大量程压力传感器。

背景技术

由伯努利方程可知，管路内的液体压力也是一种能量形式，在液压传动系统中，介质的流速(动能)较低，产生的势能相对较低，可以不考虑，仅依靠工作介质的压力能传递动力，就是所谓的静液压传动。在静液压传动中，由于泵或阀的开启关闭，或者负载的动态变化，都会引起管路内流体压力的变化，特别是对螺旋管路内压力的分布和动态特性的研究目前尚属于技术空白。

传统的液体压力传感装置，主要是机械式压力表或者电阻式压力传感器，这些检测方法的优点是测量理论和技术相对成熟，设备成本较低，但是目前对液压管路内部压力或压力响应进行检测时，通常采用在管路径向开检测工艺孔，以及在管路径向侧壁安装压力或高频响压力传感器探头的方法。

但上述方法存在一定的问题：第一，破坏管路侧壁结构；第二，径向传感器探头破坏了内壁液流的层流形态，增加了液流内部扰动；第三，螺旋管路内外侧流速不同，压力状态不同，采用固定的压力传感器探头的方法难以准确测量管路内的压力分布和变化规律。

考虑到上述方法的诸多弊端，现有技术出现能应用于管路内液体压力测量的仪器，此类仪器多数是利用光纤光栅原理进行，但采用光纤光栅压力传感器进行压力测量时，会存在承载小、测量压力范围较小的问题。为此，目前通常采用悬臂梁放大原理对压力传感器进行封装，以解决传感器承载小的问题，但这同时又会产生传感器体积增大的问题，并且对传感器进行封装并不能解决其测量压力范围较小的问题，即传感器的量程仍然满足不了工程液压机械的实际需求。

现有技术中利用光纤光栅对压力的测量方法主要有两种：一是利用光纤光栅波长能够与待测的物理量建立一定的线性关系，通过标定线性范围内的线性系数，由待测物理量发生变化而引起了波长的漂移值换算出相应的压力值。例如当光纤光棚受到外场(应力场、温度场等)作用时，其栅格周期或有效折射率会发生变化从而引起光栅反射(或透射)波长的漂移，现在我们常用的光栅传感中绝大部分的光纤光栅传感器都属于这一类；二是光纤光栅偏振特性能够与随待测物理量建立线性关系，偏振特性随着待测物理量的变化而变化的，是光纤布拉格光栅在压力负载条件下的谐振波长分裂，通过对x偏振光和y偏振光幅度谱中心波长的偏移量以检测外在压力，但是这种方法在遇到压力较小状况时，总幅度谱很难察觉到两种本征模中心波长的差别，检测较为困难。

综上所述，因为光纤光栅传感器自身的灵敏性高，不管是用光栅中心波长漂移量还是用光纤椭圆变形造成的双折射检测方法，都存在一个仅能检测低压范围，一个仅能检测相对的高压范围，从而使得测量压力的量程受到较大的局限，导致目前光纤光栅传感器可检测的压力下限或上限都不能满足工程液压机械的实际需求。

因此，亟需一种能够实现液压管内较高精度的光纤光栅大量程压力传感器的管路无损检测系统，用于管路内油压高精度的压力数据的采集，而这种技术主要依赖于传感器的封装和标定检测办法的创新，以推动液压管路的深入研究和优化。

本实用新型揣测鱼类“鱼际线”对液体压力的神经感知原理，借助当今光纤光栅技术的发展，综合利用了光纤光栅纵向和径向随压力变化而测量范围不同的两个突出特点的互补性，主要创新一种仿生鱼型光纤光栅大量程压力传感器。

实用新型内容