[发明专利]一种温度实时精确补偿的光纤光栅压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅压力传感器，更具体说，它涉及一种温度实时精确补偿的光纤光栅压力传感器。

背景技术

光纤光栅是20世纪90年代以来在国际上新兴的一种基础性光纤无源器件。压力传感器在测量水深、油井压力等方面具有广泛的应用，光纤光栅压力传感器由于其抗电磁干扰、耐腐蚀、测量精度高等优点成为了人们研究的热点。

目前光纤光栅压力传感器的结构主要有聚合物封装、中空玻璃封装、平面薄板封装以及金属波纹管封装等。由于光纤光栅的温度和应变交叉敏感性，各种结构都有各自的温度补偿结构及算法，但都只能实现静态温度补偿，即传感器只能在一个温度相对固定的场合才能实现温度补偿。而一旦用于温度快速变化的测压环境中，温度补偿的效果将大大降低甚至失效，从而造成测压误差的增大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构合理，精度高，稳定性好的温度实时精确补偿的光纤光栅压力传感器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。这种温度实时精确补偿的光纤光栅压力传感器，包括传感器核心，所述传感器核心从左到右依次包括弹性增敏单元、测压光栅、温补光栅、黄铜管、不锈钢管，所述测压光栅和温补光栅均设在一条贯穿所有部件的光纤上，其中测压光栅通过弹性增敏单元的光栅固定杆与其粘接固定，温补光栅用胶灌封于黄铜管内。

作为优选：所述弹性增敏单元其有效受压直径为10mm~12mm，厚度为0.5mm~1.0mm。

作为优选：所述弹性增敏单元材料为17－7PH弹性不锈钢。

作为优选：所述测压光栅和温补光栅均为布拉格光纤光栅，栅区长度为12mm~15mm，反射率不小于80%，两者串联，间隔为5mm，栅区两端尾纤长度不小于1m。

作为优选：所述黄铜管的长度为15mm。

作为优选：所述传感器核心设于固定骨架内，所述光纤上套有不锈钢管并与其粘接固定，所述不锈钢管设于固定骨架上。

作为优选：所述固定骨架上设有密封块，所述弹性增敏单元、固定骨架和密封块共同组成一个密闭的空气腔。

作为优选：所述光纤在穿过固定骨架的尾纤上设有用于保护的光纤护套、尾纤保护套。

作为优选：所述固定骨架和弹性增敏单元的接缝处为激光密封焊接。

作为优选：所用灌封胶和粘结剂均为353ND胶。

本发明的有益效果是：（1）温度能够实时精确补偿：两个光栅对温度变化同时响应，解决了一般光纤光栅压力传感器无法实现在快速变温环境中测压的难题。且温补光栅通过封装后具有较高的温度灵敏度，能对密闭空气腔内的温度进行高精度测量。（2）测压分辨率高：在现有的解调仪分辨率下，能实现0.005MP的液压分辨率。（3）结构相对较简单，不存在机械传递，传感器稳定性好。

能够对温度进行实时补偿，消除了光纤光栅的应变——温度交叉敏感效应；测压分辨率非常高，在现有的解调仪分辨率下，能实现0.005MP的液压分辨率；结构相对较简单，不存在机械传递，传感器稳定性好。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为本发明剖视图；

图3为光栅施加预拉力示意图；

附图标记：弹性增敏单元1、测压光栅2、温补光栅3、固定骨架4、密封块5、黄铜管6、不锈钢管7、光纤护套8、尾纤保护套9、光纤10、光栅固定杆11。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。

参见图1至图3所示，一种温度实时精确补偿的光纤光栅压力传感器，以弹性良好的17－7PH不锈钢作为弹性增敏单元材料，给光栅加以一定的预拉力，并将温补光栅用胶灌封于黄铜管内。当传感器受外界压力作用时，测压光栅和温补光栅具有不同的压力灵敏度，而两者对压力的响应时间相同；当传感器所处环境温度变化时，两个光栅的温度系数不同，而两者同时对温度响应时间也相同。因此，即使传感器处于一个温度快速变化的测压环境中，只要测得两个光栅的波长漂移量，就能解算出外界环境压力和温度的变化量。其公式为：

Δλ₁=K_P1ΔP+K_T1ΔT

Δλ₂=K_P2ΔP+K_T2ΔT