[发明专利]一种光栅式测量压力，密度的传感器

说明书

1技术领域

本发明涉及一种气体传感器，其被应用在测量气体的密度和压强上。

2背景技术

目前设计出测量气体密度和压力的气体传感装置很多，特别是一些高校有很多科研项目涉及测量气体密度和压力方面。利用单光纤或双光纤测量，解决了光纤光栅交叉敏感问题，实现了温度，应变的同时区分测量。单FBG法主要是通过对光纤光栅进行结构设计封装或负热膨胀材料封装等方法来实现温度补偿，进而实现对温度、应变的同时测量；而双FBG法是同时对两个反射Bragg波长进行监测来实现温度不敏感测量或温度、应变的同时测量。鉴于使用场所、环境、及工艺的具体要求，很多不能技术转化成生产，一定程度上造成了技术的浪费。

3发明内容

本发明设计了一种用于测量SF6气体密度的测量装置，该装置结构安装测试简单，实用性强。确保了在气体压力和温度有微小变化时，精确的捕捉该信息，从而快速、精确的完成对压力和温度的同时区分测量，再进一步准确转化成气体密度信息。

根据使用的实际场所、环境本发明包括以下几部分：

a)(固定)弹簧体，如图1中1所示，作为该气体传感器的端头与外部气体相接，整个弹簧体包括圆柱形侧面加外螺纹作为与外部气体的链接部分，螺栓状连接部分，三个半径分别为R1，R2，R3的圆柱片1，2，3，4部分，其中半径为R2的圆柱片在圆面上刻环形槽，槽的外半径为R4，各部分为一体，中轴合一，整个弹簧体有一中心轴为轴的圆柱体孔。其中R1＞R2＞R4＞R3.

b)波纹管，如图1中2所示，本发明采用的是两波不锈钢波纹管，半径为R3，该装置位于上述(固定)弹簧体之上，其下端与弹簧体很好的相接，以将待测气体完全密封在波纹管内。

c)波纹管焊接件，如图1中3所示，该装置由四个圆柱片5，6，7，8，由下至上依次为R3，R5，R6，R7一体化连接。下端圆柱5与波纹管上端很好的相接，于是由弹簧体、波纹管和波纹管焊接件组成了一个密闭的气室，由弹簧体中空孔向该气室输送气体。上端圆柱体8以圆面直径为基准线向向下刻深度为圆柱片8的高度的槽A，同时与该槽成90度处刻一V型槽。

d)传感元，如图1中4所示位置，其正面如图2所示，1和4部分用于固定放置调节螺钉，2部分为-u型槽，用来粘贴光栅。

e)传感元支架，如图1中5所示，该装置为一端封闭的圆柱管9，外半径为R4，由封闭端沿柱面切去关于柱体中轴面对称的两个部分，留下宽度为L部分，未切除部分圆柱高度为使使图中3暴露在外。

f)调节螺钉，如图1中6、7所示，6位于波纹管焊接件与传感元之间，由于波纹管中压力影响而随之做微小运动，7位于传感元支架与传感元支架之间，固定传感元支架。

g)外壳，如图1中8所示，为一端封闭的圆柱筒。

h)光栅，数量为两个，参数基本一致，串接粘贴于传感元，另一只粘贴于传感元支架。

4.附图说明

图1传感器剖面图

图2传感元正视图

图3传感器侧视图

5.具体实施方法

下面根据附图叙述本发明的实施例

本发明中的波纹管做为传感信息源，传递压强信息，由传感元接收该压强信息并将其转化为形变信息，并经此形变信息之间传递给光栅使光栅参数发生变化，从而导致光栅的反射波长发生偏移，从波长变化量和压力的对应关系，可以精确的知道压力的变化情况。这就是该传感器的基本实施原理。

如图1，气体从1空心部分进入波纹管，该气体的压强为1MPa，这时波纹管中气体压强作用于传感元4的4位置，根据压强与与压力的关系，传感元产生形变，其形变量反映到粘贴光栅的两端约为3000με.

对于光栅其λ_b＝2n_effΛ其中n_eff为有效折射率，Λ为光栅周期，该形变量导致n_eff，Λ都发生了变化，λ_b也随之变化，我们可以从λ_b的变化得到气体压强的变化。如果此时的温度也已知，就可以由ρ＝f(P，T)得知密度信息。

那么当用两根光栅串联使用时，可以对由于环境因素引起的温度变化进行补偿，同时，当两者都在变化时，其中一只光栅的波长变化是由于外界温度和所测量压强的变化引起；另一只光栅的波长变化仅仅受外界温度影响，由于温度和压力对于光栅波长的变化量是独立线性的，这样我们可以从两只光栅的波长变化量，得到温度和压力的变化值。这样就可以得到密度信息了。