一种光纤光栅三维压力传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光纤光栅三维压力传感器。光纤光栅三维压力传感器包括感压壳体、储油壳体、油压壳体、密封壳体、固定结构、0型圈、保护装置、密封接口和光纤光栅串。感压壳体、储油壳体、油压壳体、储油壳体、油压壳体、密封壳体、固定结构、保护装置和密封接口依次螺纹连接；感压壳体直接感受轴向压力，储油壳体的平面感受外界压力，通过储油壳体内的液压油将压力传递给与之螺纹连接的油压壳体，最终分别引起光纤光栅的波长漂移；上述螺纹连接处皆加O型圈密封；感压壳体、储油壳体、油压壳体、密封壳体、固定结构、O型圈、保护装置、密封接口和光纤光栅串光纤光栅三维压力传感器。本发明专利技术具有体积小、三维压力同时测量的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤传感
，涉及一种光纤光栅三维压力传感器。
技术介绍
近年来，安全健康监测越来越受到重视。光纤光栅传感器因具有体积小、灵敏度高、电绝缘性能好和抗电磁干扰等优点，逐渐取代电子类传感器。压力传感器通过钻孔植入煤矿、堤坝、桥梁等结构工程内部，可以测量不同深度的压力变化，为后续的工程治理、安全监控及报警提供了重要依据。中国技术专利公告号为CN202033140U提出一种三维应力采集器，它有纵向开口的包庇金属筒、多个黏贴于薄壁金属筒外壁的压力传感器、填充于薄壁金属筒内的膨胀混凝土填芯、防水压膜及信号传输线构成，该专利虽然实现钻孔内不同深度岩土类介质的应力变化过程，但是采集器本身需要黏贴多个传感器，并且传感器粘贴于圆筒外部，对传感器没有效采取有效地的保护措施，植入钻孔时不可避免地对传感器造成损。近年来，光纤光栅压力传感器得到了良好的发展，但是三维压力传感器的研究和应用很少报道。本专利技术利用弹性膜片和壳体为一体性结构对光纤光栅进行封装，利用油压传导将不同方向的横向压力转化为光纤光栅的波长漂移，既能实现钻孔内压力测量，又能分辨出压力方向，并且体积较小，适用于狭小的空间的压力测量。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了克服现有技术中压力传感器测量维度少、体积大的问题，提供了一种小体积的光纤光栅三维压力传感器。本专利技术为解决技术问题所采取的技术方案:一种光纤光栅三维压力传感器包括感压壳体、两个储油壳体、两个油压壳体、密封壳体、固定结构、O型圈、保护装置、密封接口和光纤光栅串。感压壳体为中空腔体，一端开口，开口端与一个储油壳体的密封端螺纹连接，另一端以感受轴向压力的弹性膜密封，弹性膜和感压壳体为一体性结构；储油壳体为中空腔体，其侧壁开有注油孔，注油孔两侧有感受外界压力的平面，通过储油壳体内的液压油将压力传递给油压壳体的弹性膜，引起弹性膜中心挠度变化；油压壳体和弹性膜为一体性结构，其一端与储油壳体螺纹连接，另一端与另一个储油壳体的密封端螺纹连接；另一个储油壳体的开口端与另一个油压壳体一端螺纹连接，另一个油压壳体的另一端与密封壳体螺纹连接，密封壳体的另一端与光纤固定结构通过内螺纹螺纹连接，密封壳体的另一端与保护装置通过外螺纹连接，保护装置的另一端与密封接口螺纹连接；感压壳体的弹性膜、储油壳体的密封端和油压壳体的弹性膜中心有穿过光纤光栅的小孔，穿过光纤光栅后用环氧胶或玻璃焊料密封小孔和固定光纤光栅串；因为需要同时测量三维方向上的压力变化，所以两个储油壳体的感压面互相垂直，光纤光栅串需要三个光栅，这三个光栅在上述构件中的位置有两种方案:第一，光栅在感压壳体和两个油压壳体中，由于外界压力使弹性膜偏向光栅，光栅收缩，光栅波长蓝移，所以封装时需要分别对光栅进行预张拉；第二，光栅在感压壳体和两个储油壳体中，当轴向压力增大时，感压壳体的弹性膜偏向光栅，光栅收缩，光栅波长蓝移，所以封装时需要对这个光栅进行预张拉；当径向外界压力增大时，油压壳体的弹性膜中心挠度变化，弹性膜偏离光栅，使储油壳体中的光栅拉伸，光栅波长红移，所以在封装时不需要对光栅预张拉。由理论推导可知，弹性膜中心最大挠度分别与压力、弹性膜半径的四次方成正比，与弹性膜厚度的三次方成反比，所以在弹性膜中心挠度一定的情况下，可以通过改变弹性膜的厚度和半径来调节传感器的压力测量范围。上述螺纹连接处皆加O型圈密封；感压壳体、储油壳体、油压壳体、密封壳体、固定结构、O型圈、保护装置、密封接口和光纤光栅串光纤光栅三维压力传感器。本专利技术所具有的有益效果为:1、光纤光栅完全密封于传感器内，不与外界接触，有利于延长传感器的使用寿命。2、感压壳体中的弹性膜、两个储油壳体的受压面两两互相垂直，该传感器可以同时测量三个方向的压力变化。3、该传感器体积较小，适用于狭小空间的测量。4、光栅的固定采用环氧胶水和玻璃焊料，焊接牢固，可使传感器适应恶劣环境。附图说明图1为本专利技术装置结构示意图。图2为本专利技术的另一种装置结构示意图。图3为本专利技术储油结构的俯视图。图4为本专利技术储油结构的主视图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进一步描述，但它们并不构成对本专利技术的限定，仅作举例，使本专利技术的优点变得更加清楚和容易理解。如图1、图3和图4所示，一种光纤光栅三维压力传感器包括感压壳体1、储油壳体2、储油壳体4、油压壳体3、油压壳体5、密封壳体6、固定结构7、O型圈11、保护装置8、密封接口 9和光纤光栅串10。感压壳体I为中空腔体，一端开口，开口端与一个储油壳体2的密封端螺纹连接，另一端以感受轴向压力的弹性膜密封，弹性膜和感压壳体I为一体性结构；储油壳体2为中空腔体，其侧壁开有注油孔，注油孔两侧有感受外界压力的平面，通过储油壳体2内的液压油将压力传递给油压壳体3的弹性膜，引起弹性膜中心挠度变化；油压壳体3和弹性膜为一体性结构，其一端与储油壳体2螺纹连接，另一端与储油壳体4的密封端螺纹连接；储油壳体4的开口端与油压壳体5 —端螺纹连接，油压壳体5的另一端与密封壳体6螺纹连接，密封壳体6的另一端与光纤固定结构7通过内螺纹螺纹连接，密封壳体6的另一端与保护装置7通过外螺纹连接，保护装置8的另一端与密封接口 9螺纹连接；感压壳体I的弹性膜、储油壳体2和4的密封端和油压壳体3和5的弹性膜中心有穿过光纤光栅10的小孔，穿过后小孔后使三个光栅分别在感压壳体I和油压壳体3和5中，分别预张拉三个光栅，然后用环氧胶或低温玻璃密封小孔和固定光纤光栅串10 ;封装时保证储油壳体2和4的感压面互相垂直；当轴向压力增大时，感压壳体I的弹性膜偏向光栅，光栅收缩，光栅波长蓝移，径向压力增大时，压力经液压油将压力传导给油压壳体3和5的弹性膜，弹性膜偏向光纤光栅，光栅波长蓝移，通过不同光纤光栅的波长漂移量即可反求压力变化和压力方向。该传感器能够实现三维压力测量的关键因素为:1、设计密封圈11、感压壳体1、油压壳体3和5、储油壳体2和4和密封壳体6等装置将光纤光栅完全密封于传感器内，使其免受外界的腐蚀，有利于延长传感器的使用寿命。2、感压壳体I直接感受轴向压力，引起感压壳体I的弹性膜片挠度变化，因而光纤光栅波长漂移。3、储油壳体2和4上设计了平面，感受外界压力，通过液压油将压力传递给油压壳体3和5，引起油压壳体弹性膜片挠度变化，从而引起波长漂移。4、两个储油壳体2和4的感压平面和感压壳体I感压平面两两互相垂直，因而传感器可测量空间三维压力的变化。5、固定结构上固定光纤的材料为玻璃焊料，焊接牢固，不易脱落，使传感器能适应恶劣的工作环境。6、用环氧胶水固定光纤光栅和密封感压壳体1、储油壳体2和4、油压壳体3和5中穿过光纤小孔。图2是该专利技术的另一种实施方式，与上述实施实例区别是光栅的封装位置，优点是不需要对其中两个光栅进行预张拉，降低实施难度。以上所述仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此本专利技术的保护范围应该权利要求书的保护范围为准。权利要求1.一种光纤光栅三维压力传感器包括感压壳体、储油壳体、油压壳体、密封壳体、固定结构、O型圈、保护装置、密封接口和光纤光栅串，其特征在于: 感压壳体为中空腔体，一端开口，开口端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅三维压力传感器包括感压壳体、储油壳体、油压壳体、密封壳体、固定结构、O型圈、保护装置、密封接口和光纤光栅串，其特征在于：感压壳体为中空腔体，一端开口，开口端与一个储油壳体的密封端螺纹连接，另一端以感受轴向压力的弹性膜密封，弹性膜和感压壳体为一体性结构；储油壳体为中空腔体，其侧壁开有注油孔，注油孔两侧有感受外界压力的平面，通过储油壳体内的液压油将压力传递给油压壳体的弹性膜，引起弹性膜中心挠度变化；油压壳体和弹性膜为一体性结构，其一端与储油壳体螺纹连接，另一端与另一个储油壳体的密封端螺纹连接；另一个储油壳体的开口端与另一个油压壳体一端螺纹连接，另一个油压壳体的另一端与密封壳体螺纹连接，密封壳体的另一端与光纤固定结构通过内螺纹螺纹连接，密封壳体的另一端与保护装置通过外螺纹连接，保护装置的另一端与密封接口螺纹连接；感压壳体的弹性膜、储油壳体的密封端和油压壳体的弹性膜中心有穿过光纤光栅的小孔，穿过光纤光栅后用环氧胶或玻璃焊料密封小孔和固定光纤光栅串；两个储油壳体的感压面互相垂直；光纤光栅串在上述构件中的位置有两种方案：第一，光栅在感压壳体和两个油压壳体中，封装时需要分别对光栅进行预张拉；第二，光栅在感压壳体和两个储油壳体中，封装时预张拉感压壳体中的光栅，不需预张拉储油壳体中的光栅。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆根，王云鹏，罗宗胜，
申请(专利权)人：杭州珏光物联网科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33