应力双折射压力传感器制造技术

一种应力双折射压力传感器，用光学系统完成压力—电量的转换，从而解决了压电式传感器不适于静态测量的问题，同时具有与压电传感器同样高的频响特性，可适用于低压，中压和高压的压力测量中．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非电量电测
目前，在动态压力测量中，具有高频率响应的压电式压力传感器占有很重要的地位。但它并不适用于静态和准静态的测量条件中。另一方面，在压电式变换器的结构中及二次仪表的输入回路中对绝缘电阻值要求很高，并且对放大电路要求也较高。本专利技术便是在保留压电式传感器高频率响应特点的基础上，同时满足准静态及静态压力测量的一种应力双折射压力传感器。图1是应力双折射压力传注器的结构图，图2是其光路布置，图1、2中(1)-入射光导纤维，(2)-光导纤维端套，(3)-传感器体，(4)-偏振器，(5)-应力双折射体，(6)-出射光导纤维，(7)-承压体，(8)-垫片，(9)-密封膜片，(10)-压紧螺钉，(11)-白炽灯光源，(12)-透镜组，(13)-遮光罩，(14)-光敏元件。本专利技术主要点是利用光学系统完成压力-电量的转换。本专利技术由偏振器，应力双折射体、光敏元件，光导纤维及承压体等部件构成。本专利技术由入射光导纤维引入的光束透射过置于两正交偏振器中间的应力双折射体，再由出射光导纤维将光束引至光敏元件。压力信号经承压体作用于应力双折射体，由偏振器转变为偏振光强度的变化，光敏元件将这种光强度变化转变为电信号，这就构成了一个用来测量压力的应力双折射压力传感器。其工作原理为某些各向同性的物质在受到一确定方向的力作用时，就转变为各向异性的物质，并显示双折射性质。本专利技术以一块形状为六面体(其中正六面体最佳)应力双折射体(应力双折射体可用玻璃，或石英玻璃，或环氧树脂等材料所制成)为被测压力的作用体。用透镜组(如图2)将普通白炽灯光源所产生的光束聚焦后由入射光导纤维引入位于应力双折射体一侧的偏振器，并使这一光束沿垂直于压力作用的方向通过该应力双折射体。于是在光线传播方向上两主折射率ne及n1ne-n1＝C.P式中C为常数。两主折射率之差同光程差δ之间存在如下关系δ＝C·P·h式中h为应力双折射体在透光方向上的长度。为了将这种与作用力呈线性关系的光程显示出来，本专利技术又在应力双折射体两侧布置了正交的偏振器，偏振器可用微晶二色性型人造偏振片，分子二色性型人造偏振片或薄玻璃所构成的玻片堆起偏器。偏振片可用聚氨酯胶剂剂或酚醛胶粘剂粘接在应力双折射体两个侧面上，而且两偏振片相正交，这样由光导纤维引入的光强为I0的光束其透射光强可以表示为压力P的函数。I＝I0sin2( (π)/(λ) C·P·h)压力通过承压体作用于应力双折射体。当压力变化时，透射光强度相应产生变化，这一改变了光强的光束再通过应力双折体另一侧的偏振器，由光导纤维传至光敏元件(光敏元件可是硅光电池，光电管，光敏电阻或光敏晶体管)，光敏元件将感受这种光强度的变化，将其转变，为电信号最后由由二次仪表，如电压放大器示波器等，进行信号处理，并且示记录下来。由于采用了与压电式变换器中同样的石英玻璃材料做为压力转换体故弹性模量的一致保证了它们具有同样高的频率响应特性，而且本传感器本身的特性对高频，低频及静态和准静态是一致的。以环氧树脂作为压力变换器，其灵敏度高于石英材料的压力转换体，可用于对频率响应要求不高的测量中，本专利技术主要由光学元件构成，故不受电，磁场等外界干扰的影响，而且灵敏度高，可在不加前置放大器的条件下工作，本专利技术结构简单，体积小，可适用于低压，中压和高压的压力测量中。应力双折射压力传感器实施例应力双折射体是一个形为正六面体(长×宽×厚＝4×4×3毫米)的石英玻璃(6)，沿光束传播方向用聚氨酯胶粘剂将二片分子二色性型偏振片(4)正交地粘贴在玻璃二侧。光导纤维(1)，(6)直径2毫米，长1米，用其端部的端套(2)固定在传感器体(3)上，T形承压体一端与玻璃接触，直径为6毫米，另一端直径可在2～5毫米之间选择，改变这个直径尺寸则可以改变作用在玻璃上的力，从而改变了测量压力的量程。厚0.1毫米的密封膜片被压紧螺钉(10)压靠在垫片(9)上，其作用是密封被测压力。端套，承压体，密封膜片及垫片均用不锈钢制成。出射光导纤维的另一端与4×4毫米硅光电池(14)接触。遮光罩(13)是为了防止外界的杂光干扰而设置的。光源(11)采用的是光强度较高的小型碘钨灯泡。实验表明由硅光电池输出的测量电压值在不加放大器的情况下就可以由电子示波器进行测量，在进行放大及信号处理后则可以获得更大的功率输出。图3为本实施例标定曲线。图中A、B、C分别于大同的入射光强I0值。纵坐标是硅光电池输出的未经放大及信号处理的电压值。横坐标是作用于传感器上的压力值。本实施例测量范围为0～70公斤/厘米。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应力双折射压力传感器，其特征在于它由光导纤维，偏振器，承压体，应力双折射体和光敏元件构成，由入射光导纤维（１）引入的光束透射过置于两正交偏振器（４）中间的应力双折射体（５），再由出射光导纤维（６）将光束引至光敏元件（１４），压力信号经承压体（７）作用于应力双折射体，由偏振器转变为偏振光强度的变化，光敏元件将这种光强度变化转变为电信号。

【技术特征摘要】
1.一种应力双折射压力传感器，其特征在于它由光导纤维，偏振器，承压体，应力双折射体和光敏元件构成，由入射光导纤维(1)引入的光束透射过置于两正交偏振器(4)中间的应力双折射体(5)，再由出射光导纤维(6)将光束引至光敏元件(14)，压力信号经承压体(7)作用于应力双折射体，由偏振器转变为偏振光强度的变化，光敏元件将这种光强度变化转变为电信号。2.按照权利要求1所述的应力双折射压力传感器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子延，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]