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一種光纖光柵動高壓傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種光纖光柵動高壓傳感器，包括膜片體、支撐柱、含光柵的光纖、安裝殼體、光纖護套和固定接頭，膜片體固定在安裝殼體前端后形成傳感器的感壓面，光柵沿軸向平行黏貼于支撐柱的內孔表面并在孔內充滿填充膠，支撐柱的上端面與膜片體緊密接觸，支撐柱的下端面與安裝殼體之間采用圓錐式接觸面，套入光纖護套的光纖通過固定接頭固定于安裝殼體下端。其核心思想是利用支撐圓柱的受壓變形，將外界壓力轉化為光柵（FBG）的應變變化，通過對應變的測量實現對壓力的感知。本發明的傳感器結構堅固，耐高溫，耐強沖擊振動，不受電磁干擾，特別適合于爆炸等惡劣環境下使用，同時傳感器制作方便快捷，成本低。
【專利說明】一種光纖光柵動高壓傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬于光纖傳感【技術領域】，特別是涉及一種大量程的基于光纖光柵的高壓力高頻響傳感器。
【背景技術】
[0002]在國民經濟和國防建設領域，特別是軍工生產和戰略戰術武器研制的爆炸試驗方面，經常需要對高壓力進行測量，高壓力尤其是動態高壓的測試是武器彈藥研制、航空航天器發射、材料抗爆及工程防護試驗、爆破施工、新型材料的高壓合成、材料本構關系等相關領域的重要內容之一，因此倍受世界各國科研工作者的關注，長期以來一直是研究熱點之
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[0003]目前，高壓力測量常用的方法有銅柱測壓法、壓電式傳感器測壓法、壓阻式傳感器測壓法。銅柱測壓器是一種機械傳感器，它利用材料受壓后的塑性變形來測壓，優點是使用方便，操作簡單，抗電磁干擾能力強；缺點是精度低，響應慢，不適用于爆炸沖擊波的測試；壓電式壓力傳感器的基本原理是基于傳感元件的壓電效應，最大優點是壓電敏感元件是一種無源器件，不需要外能源，有利于傳感元件的屏蔽設計和提高傳感器的抗干擾能力。盡管如此，在一些存在強電磁干擾的測量場合，如爆炸近區大壓力測量時，壓電傳感器抗干擾能力差，信噪比不高，測量精度低。壓阻式傳感器是利用壓阻敏感元件在壓應力的作用下電阻值的變化來確定被測壓力?？捎米鲏鹤柙牟牧现饕泄琛㈠i銅、鈣、鋰、鉍、碳、鐿等。硅是最常用的壓阻材料，由其制造的壓力傳感器得到廣泛應用，但限于硅材料的特性，其不能用于高壓力的測量。錳銅是最早被用來測量靜態高壓力以及爆轟波壓力和材料內應力的壓阻材料，但錳銅的壓阻系數很低，在低壓力下(幾百兆帕以內）電阻變化不靈敏。利用鐿制成壓阻式傳感器的優點是靈敏系數高，鐿的壓阻系數約為錳銅的30倍，但鐿是一種稀土元素，化學性質較活潑，易氧化，氧化后影響鐿的純度，進而影響其壓阻系數，因此鐿壓阻式傳感器的加工及重復性等性能`指標難以得到保證。
[0004]光纖傳感器以光波作為信息載體，以光纖作為信息的傳輸介質，對被測參量進行傳感測量。光纖傳感器是無源器件，電絕緣性好，抗電磁干擾同時又不產生電磁干擾，耐高電壓，耐腐蝕，不會產生火花、高溫、漏電等不安全因素，在強電磁干擾、易燃易爆、潮濕等惡劣環境下使用安全可靠。在眾多的光纖傳感器中，光纖光柵傳感器是目前最為成熟、應用最廣的一種光纖傳感器。它的基本傳感元件是均勻周期的光纖Bragg光柵（FBG)。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，在纖芯內形成空間相位光柵(一種周期性的折射率分布)，其作用實質是在纖芯內形成一個窄帶的濾波器或反射鏡，只對特定波長的光具有透射或者反射作用。因此，光纖光柵傳感器除繼承了光纖傳感器的優點外，還具有波長調制、線性和穩定性好、制作方便、易于規?；a、成本低等特點。但是，光纖光柵能夠直接響應的是應變和溫度的變化，當光纖光柵用作壓力傳感器時，由于裸光纖光柵的壓力靈敏度低，因此必須借助不同的封裝方法來提高壓力靈敏度，主要采用波紋管、懸臂梁、彈簧管、膜片、金屬或合金應變筒等幾種方法實現壓力測量，這些方法都不宜實現高頻響的壓力測量。
【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種光纖光柵動高壓傳感器，使其具有結構簡單、制作快捷、成本低等特點，特別適合于惡劣環境下大量程、高壓力、高頻響的壓力測量。
[0006]為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是，所述的一種光纖光柵動高壓傳感器，包括膜片體、支撐柱、含光柵的光纖、安裝殼體、光纖護套和固定接頭，膜片體固定在安裝殼體前端后形成傳感器的感壓面，光纖上的光柵沿軸向平行黏貼于支撐柱的內孔表面并在孔內充滿填充膠，支撐柱的上端面與膜片體緊密接觸，支撐柱的下端面與安裝殼體之間采用圓錐式接觸面，套入光纖護套的光纖通過固定接頭固定于安裝殼體下端，。
[0007]所述的光柵中心波長可以是C波段任意波長，光柵反射率大于90%。
[0008]所述的光纖是單模光纖。
[0009]所述的膜片體具有一凹腔，凹腔的底部與支撐圓柱上端面直接接觸，凹腔的外表面為螺紋結構。
[0010]所述的安裝殼體的外部設置有凹槽，在凹槽內設可放置密封墊圈。
[0011]本發明的技術效果在于，光柵(FBG)黏貼于支撐柱內表面，通過支撐柱的受壓變形，將外界壓力變化轉換為光柵(FBG)的應變變化，通過對應變的測量實現對壓力的感知，使得傳感器響應快、量程大；光波被限制在光纖內，光路不受其他因素影響，使得傳感器抗干擾能力強，性能穩定；光波注入和輸出沿同一光纖，使得傳感器作為單端器件，使用時連接方便；傳感器的膜片體和安裝殼體采用不銹鋼材料經精加工而成，并采用耐高溫、高強度的膠粘和螺紋連接，使制作出的傳感器結構堅固，耐高溫、耐強沖擊振動，非常適合于爆炸等惡劣環境下使用。本發明結構簡單，制作方便快捷，成本低，同時能夠保證測量精度和可靠性。
[0012]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的結構示意圖。
[0014]圖2為圓柱形結構受力變形示意圖。
[0015]圖1中:1、膜片體，2、填充膠,3、支撐柱,4、含光柵的光纖,5、密封墊圈,6、安裝殼體，7、光纖護套，8、固定接頭。
【具體實施方式】
[0016]參見圖1,本發明由膜片體1，填充膠2,支撐柱3,含光柵(FBG)的光纖4,密封墊圈5，安裝殼體6，光纖護套7，固定接頭8組成。膜片體1與安裝殼體6前端固定后形成傳感器的感壓面，光纖4上的光柵(FBG)沿軸向平行黏貼于支撐柱3的內孔表面并在孔內充滿填充膠2，支撐柱3的上端面與膜片體1緊密接觸，支撐柱3的下端面與安裝殼體6之間采用圓錐式接觸面，套入光纖護套7的光纖4通過固定接頭8固定于安裝殼體6下端，密封墊圈5置于安裝殼體6外部的凹槽內。
[0017]該光纖光柵動高壓傳感器的技術思想是:
由于光纖光柵傳感的基本物理量是應變，因此該光纖光柵壓力傳感器設計的思路是將壓力的變化轉換為應變的變化，通過對應變的測量實現對壓力的感知。如圖2所示，圓柱形結構在端面上受到壓力P作用后會發生壓縮變形，即在圓柱體的縱向產生壓應變，應變值為：
【權利要求】
1.一種光纖光柵動高壓傳感器，其特征是：包括膜片體、支撐柱、含光柵的光纖、安裝殼體、光纖護套和固定接頭，膜片體固定在安裝殼體前端后形成傳感器的感壓面，光柵沿軸向平行黏貼于支撐柱的內孔表面并在孔內充滿填充膠，支撐柱的上端面與膜片體緊密接觸，支撐柱的下端面與安裝殼體之間采用圓錐式接觸面，套入光纖護套的光纖通過固定接頭固定于安裝殼體下端。
2.根據權利要求I所述的一種光纖光柵動高壓傳感器，其特征是：所述的光柵中心波長可以是C波段任意波長,光柵反射率大于90%。
3.根據權利要求I所述的一種光纖光柵動高壓傳感器，其特征是：所述的光纖是單模光纖。
4.根據權利要求I所述的一種光纖光柵動高壓傳感器，其特征是：所述的膜片體具有一凹腔，凹腔的底部與支撐圓柱上端面直接接觸，凹腔的外表面為螺紋結構。
5.根據權利要求I所述的一種光纖光柵動高壓傳感器，其特征是：安裝殼體的外部設置有凹槽，在凹槽內放置密封墊圈。
【文檔編號】G01L11/02GK103712730SQ201410009949
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月9日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】余尚江, 郭士旭, 陳晉央, 周會娟, 楊吉祥, 賈超, 黃劉宏 申請人:中國人民解放軍總參謀部工程兵科研三所