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專利名稱：耐高溫微壓光纖光柵傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種耐高溫微壓光纖光柵傳感器。
背景技術：
光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高等優點受到廣泛歡迎。光纖光柵直徑為125微米，主要為二氧化硅材料。多孔氧化鋁陶瓷耐溫高(1850°C )，熱導率低，抗壓強度高，具有易加工的優點。目前在航空航天等領域迫切需要高溫微壓傳感器，而能夠工作于一千攝氏度以上，且可探測到帕量級的壓力傳感器很難獲得。

發明內容
本發明的技術解決問題是針對現有技術的不足，提供了一種耐高溫微壓光纖光柵傳感器，可實現對高溫環境下帕量級壓力的探測。本發明的技術解決方案是本發明所述耐高溫微壓光纖光柵傳感器，包括多孔氧化鋁框架、多孔氧化鋁陶瓷桿、多孔氧化鋁陶瓷擋板和光纖光柵，多孔氧化鋁陶瓷桿以多孔氧化鋁陶瓷擋板為支點形成杠桿結構，該杠桿結構的受力端處于金屬框架的受力孔之下，用于感應高溫微壓氣體；該杠桿結構的活動端與光纖光柵相連，并在未受外界氣壓力時，使光纖光柵處于拉緊狀態，在受力端受到外加壓力時，光纖光柵所受到的拉力增大，光纖光柵的反射波長發生變化。進一步的，上述氧化鋁框架I采用多孔氧化鋁材料，并將所述多孔氧化鋁陶瓷桿、多孔氧化鋁陶瓷擋板和光纖光柵封裝于其內部。進一步的，上述多孔氧化鋁陶瓷擋板具有將所述多孔氧化鋁陶瓷桿伸出的通孔，且所述多孔氧化鋁陶瓷桿具有一個固定于所述通孔上的支點。進一步的，上述光纖光柵分為測量光柵與補償光柵，所述測量光柵被所述活動端所牽拉；所述補償光柵用于在測量光柵反射波長受到力和溫度雙重影響時，為所述測量光柵提供溫度補償。本發明與現有技術相比具有如下優點本發明所述壓力傳感器借助杠桿結構及受壓面積與傳感光柵截面面積的差，使得探測壓力的分辨率可達2pa，借助多孔氧化鋁陶瓷材料及密閉的結構設計，使得該傳感器能夠工作于一千攝氏度以上的高溫環境。


圖1為本發明示意圖。
具體實施方式
下面就結合附圖對本發明做進一步介紹。參考圖1，該高溫微壓傳感器包括氧化鋁框架1、多孔氧化鋁陶瓷2、多孔氧化鋁陶瓷擋板3和光纖光柵,該光纖光柵進一步可分為測量光柵4和補償光柵5。多孔氧化鋁陶瓷桿2為條形并以多孔氧化鋁陶瓷擋板3為支點形成杠桿結構，該杠桿結構的受力端處于氧化鋁框架I的受力孔之下，用于感應高溫微壓氣體。該杠桿結構的活動端與測量光柵4和補償光柵5相連，并在受力端受到壓力時，增大測量光柵4的軸向拉力。利用氧化鋁陶瓷桿2受壓面面積與光纖光柵受力面面積及杠桿力臂長度差，使得光纖光柵對氧化鋁陶瓷受壓壓強極為敏感。而多孔氧化鋁陶瓷2本身具有耐溫高、熱導率 低的特點，使得光纖接收到的溫度低于900攝氏度，且光纖受熱面小，散熱面積相對較大，從而使光柵能夠正常工作。當多孔氧化鋁陶瓷桿2受力端受到壓力時，測量光柵4受到更大的拉力而產生波長漂移，從而可利用波長的漂移檢測出受力端的微壓力。進一步參考圖1，氧化鋁框架I由多孔氧化鋁制成，上方留內徑為IOmm的受力口，打磨光滑。內部設多孔氧化鋁陶瓷擋板3將氧化鋁框架分為左右兩部分，體積約為1:5。多孔氧化鋁陶瓷桿2架于擋板3上，形成杠桿結構，力臂比為1:5。多孔氧化鋁陶瓷桿2具有受力端和活動端，受力端設置于受力孔下，活動端使的測量光柵4始終處于拉伸狀態，補償光柵5始終處于松弛狀態。多孔氧化鋁陶瓷桿在不受力時，測量光柵4給杠桿結構欲加了拉力，因此在受力端受到外加壓力P時，測量光柵4受到的拉力增大，光柵反射波長發生變化，通過波長變化值監測外加壓力P的大小。補償光柵5的波長變化用于對測量光柵4進行溫度補償。具體步驟如下(不考慮溫度變化引起的波長漂移):I)壓強P施加于受力面積為Al=78.5mm2的多孔氧化鋁陶瓷桿2，總壓力為Fl=PXAlo2)杠桿力臂比為1:5，測量光柵4增加的拉力為F2=5XF1。3)測量光柵4橫截面直徑為125微米，面積為A2=0. 012mm2楊氏模量E=73Gpa，因此何以獲得測量光柵4所增加的應變量ε =F2/E/A2。4)波長監測儀能夠堅持到典型的波長漂移值為1. 15pm/μ ε，因此獲得的波長漂移值 λ =1. 15Χ ε。例如，當壓強為IOpa時，具體測量和計算過程如下I)當壓強 P=IOpa 時，Fl=785X 10_6Ν。2)測量光柵 4 增加的拉力 F2=5XF1=3925X 1(Γ6Ν。3)測量光柵4所增應變值為ε =F2/E/A2=4. 48X 10'5)波長漂移值 λ =1. 15X ε =5. 152pm。目前的光譜分析設備可以分辨Ipm的波長變化，精度在IOpm作用，因此，該高溫低壓傳感器可用于分辨率為2pa，精度為20pa的微壓強測量。本發明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
權利要求
1.一種耐高溫微壓光纖光柵傳感器，其特征在于，包括多孔氧化鋁框架、多孔氧化鋁陶瓷桿、多孔氧化鋁陶瓷擋板和光纖光柵， 多孔氧化鋁陶瓷桿以多孔氧化鋁陶瓷擋板為支點形成杠桿結構，該杠桿結構的受力端處于金屬框架的受力孔之下，用于感應高溫微壓氣體；該杠桿結構的活動端與光纖光柵相連，并在未受外界氣壓力時，使光纖光柵處于拉緊狀態，在受力端受到外加壓力時，光纖光柵所受到的拉力增大，光纖光柵的反射波長發生變化。
2.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于所述氧化鋁框架I采用多孔氧化鋁材料，并將所述多孔氧化鋁陶瓷桿、多孔氧化鋁陶瓷擋板和光纖光柵封裝于其內部。
3.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于所述多孔氧化鋁陶瓷擋板具有將所述多孔氧化鋁陶瓷桿伸出的通孔，且所述多孔氧化鋁陶瓷桿具有一個固定于所述通孔上的支點。
4.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述光纖光柵分為測量光柵與補償光柵，所述測量光柵被所述活動端所牽拉；所述補償光柵用于在測量光柵反射波長受到力和溫度雙重影響時，為所述測量光柵提供溫度補償。
全文摘要
本發明公開了一種耐高溫微壓光纖光柵傳感器，其特征在于，包括多孔氧化鋁框架、多孔氧化鋁陶瓷桿、多孔氧化鋁陶瓷擋板和光纖光柵，多孔氧化鋁陶瓷桿以多孔氧化鋁陶瓷擋板為支點形成杠桿結構，該杠桿結構的受力端處于金屬框架的受力孔之下，用于感應高溫微壓氣體；該杠桿結構的活動端與光纖光柵相連，并在未受外界氣壓力時，使光纖光柵處于拉緊狀態，在受力端受到外加壓力時，光纖光柵所受到的拉力增大，光纖光柵的反射波長發生變化。采用本發明可實現在高溫環境中帕量級壓力的探測。
文檔編號G01L11/02GK103017973SQ20131000234
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月5日 優先權日2013年1月5日
發明者史青, 王東禮, 孫舟璐, 鄭林, 陳青松 申請人:北京遙測技術研究所, 航天長征火箭技術有限公司