[发明专利]孔隙水光纤光栅压差传感器及压力检测装置

说明书

本发明涉及一种孔隙水光纤光栅压差传感器及压力检测装置，属于传感器技术领域。其中，孔隙水光纤光栅压差传感器包括压力膜片、壳体、第一弹簧、第二弹簧和光纤光栅；壳体包括上壳体和下壳体，其内部中空以形成液压室，液压室被压力膜片分隔为上液压室和下液压室；第一弹簧设置于上液压室内，其上端固定连接于上壳体、下端固定连接于压力膜片的上表面中心；第二弹簧设置于下液压室内，其上端固定连接于压力膜片的下表面中心、下端固定连接于下壳体；光纤光栅的上端和下端分别固定连接于第一弹簧的上端和下端。本发明孔隙水光纤光栅压差传感器具有高静压能力、高灵敏度和高测量精度，能够满足海底孔隙水超孔压值的准确测量需求。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种孔隙水光纤光栅压差传感器及压力检测装置。

背景技术

深海底工程地质原位观测是透明海洋中的重要组成部分，尤其是对深海地质长期观测，对于分析深海动力地质过程具有重要作用。

现阶段深海底工程地质原位观测，主要是采用孔压传感器测量孔隙水静压力，然而，海水压力变化将影响海底孔隙水压力，能够真实反映海底沉积物动力特征的是超孔压而非静孔压，因而，实现对海底超孔压的观测，对于海底动力地质过程的研究具有更大的帮助。

现阶段海底孔隙水压力的检测主要采用孔压传感器，传统孔压传感器包括电子式孔压传感器和光纤光栅孔压传感器，然而，二者检测的孔隙水压力均是海底本身存在的静水压力，很难精确地观测海底超孔压值及其变化。想要通过传统孔压传感器测量的静水压力，在静水压力基础上精确分解出超孔压是难以实现的，需要掌握更多该海域内波、潮汐等信息，分析过程繁琐且难以保证数据的准确性，加之，现有孔压传感器存在精度不高、灵敏度不够等缺陷，更加难以分辨出超孔压值的信息。

光纤光栅压差传感器同样能够进行压力差的测量，目前主要应用于石油化工、汽车工业、电力能源等行业，然而，要针对深海孔隙水超孔压进行准确测量，要求光纤光栅压差传感器达到静压范围＞20Mpa、压力差量程范围±0.5Mpa、精度等级达到±0.1％FS，而国内商业应用的光纤光栅压差传感器普遍存在测量静压能力低、精度等级不够的问题，无法满足海底孔隙水超孔压值的准确测量需求。

发明内容

针对现有海底孔隙水压力测量中存在的上述不足，本发明提供了一种孔隙水光纤光栅压差传感器及压力检测装置，该孔隙水光纤光栅压差传感器具有高静压能力、高灵敏度和高测量精度，能够满足海底孔隙水超孔压值的准确测量需求。

本发明提供一种孔隙水光纤光栅压差传感器，包括：

压力膜片，呈水平设置；

壳体，包括分别设置于压力膜片上方和下方的上壳体和下壳体，上壳体与下壳体紧密连接以使压力膜片夹于上壳体和下壳体之间；壳体内部中空以形成液压室，液压室被压力膜片分隔为位于上壳体内的上液压室和位于下壳体内的下液压室，上液压室和下液压室相互隔离；上壳体开设有用于连通上液压室和上壳体外部的上进液口，下壳体开设有用于连通下液压室和下壳体外部的下进液口；

第一弹簧，设置于上液压室内并沿竖直方向伸缩，其上端固定连接于上壳体，下端固定连接于压力膜片的上表面中心；

第二弹簧，设置于下液压室内并沿竖直方向伸缩，其上端固定连接于压力膜片的下表面中心，下端固定连接于下壳体；

光纤光栅，沿竖直方向设置于上液压室内并穿设于第一弹簧内，其上端和下端分别具有上预留光纤段和下预留光纤段，上预留光纤段和下预留光纤段分别固定连接于第一弹簧的上端和下端，上预留光纤段的上端穿出上液压室以形成尾纤；

其中，第一弹簧的中轴线、第二弹簧的中轴线和压力膜片的中心共线设置。