[发明专利]基于法布里‑珀罗干涉与压杆失稳原理的压强传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压强传感器，尤其涉及一种基于法布里-珀罗(F-P)干涉与压杆失稳原理的压强传感器。

背景技术

现有的基于非本征法布里-珀罗干涉仪(EFPI)原理的传感器都是基于最简单的结构形式和机理对压强、应变或者温度等参数进行测量。以压强传感器为例，现有的传感器都是用一个膜片作为一个受压变形体，用一根光纤的端面垂直对准膜片的中心点，通过不同压强下膜片的挠度大小来确定压强的大小。此传感器的缺点是膜片大多是脆性材料，使得膜片中心点的挠度变化往往很小，导致传感器的测量精度降低，且温度对腔长的影响也相对较大，限制了测量装置的使用范围。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于法布里-珀罗(F-P)干涉与压杆失稳原理的压强传感器，其测量精度高，使用范围广。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于法布里-珀罗干涉与压杆失稳原理的压强传感器，包括外壳，所述外壳内设置有顶盖、钢筒、弹性薄片和受压膜片；所述顶盖和受压膜片通过钢筒密封连接，并在钢筒内形成密封的容纳腔；所述顶盖和受压膜片的中心位置分别设置有一个夹具；所述弹性薄片设置在两个夹具之间；所述钢筒的侧壁上设置有钢壳，钢壳的内部设置有保护套，保护套的内部设置有光纤。

作为优选，所述夹具和弹性薄片均设置在容纳腔内。

作为优选，所述夹具与弹性薄片为铰接或刚性连接。

作为优选，所述保护套和光纤穿过钢筒，使保护套和光纤的一部分设置在容纳腔内。

作为优选，所述保护套和光纤的轴线垂直于弹性薄片。

作为优选，所述光纤设置在容纳腔内的一端为光纤端面，且光纤端面的轴线垂直于弹性薄片的中心点。

作为优选，所述光纤端面为第一反光面，弹性薄片对着光纤端面的一面为第二反光面，且第一反光面、第二反光面和两个反光面之间的腔体构成非本征型法布里-珀罗干涉仪(EFPI)传感器。所述弹性薄片的反光面和容纳腔内的光纤端面都具有高反射率，并在非本征型法布里珀罗干涉仪(EFPI)传感器中都起到反光镜的作用。

作为优选，所述光纤上靠近光纤端面的地方串联有光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器，且光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器设置在容纳腔内。本发明的压强传感器的工作温度可以在0—80℃之间，并可以通过串联光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器进行温度补偿来实现对温度的影响。

作为优选，所述弹性薄片、夹具、顶盖和受压膜片构成压杆失稳系统。

首先对受压膜片施加待检测的压强，使得受压膜片中心点的挠度发生变化，从而使得上下两个夹具之间的间距发生变化，并将推动弹性薄片在轴向上发生压缩或拉伸；弹性薄片在轴向的挤压力作用下已处于失稳状态，压缩变形使得弹性薄片中心点的挠度发生变化，进而使得非本征型法布里珀罗干涉仪(EFPI)传感器的干涉腔长发生变化；最后通过测量干涉腔长的变化程度即可反映外部压强的大小。

通过压杆失稳原理，可以使很小的轴向位移放大成很大的法向位移，通常情况下，此放大倍数约在6倍以上，即可使腔长变化量达到受压膜片中心点挠度的6倍以上，提高了本压强传感器的测量精度和灵敏度，并可以缩小膜片的尺寸。

本发明的有益效果：本发明的基于法布里-珀罗干涉与压杆失稳原理的压强传感器通过对弹性薄片中心点挠度的测量，达到放大压强对受压膜片中心点挠度的影响，提高了测量的精度和灵敏度；本压强传感器还可在高精度测量的前提下测出环境温度为0—80℃下的外部压强大小，扩大了使用范围。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明弹性薄片背离光纤端面的示意图；

图3为本发明夹具与弹性薄片为铰接时弹性薄片背离光纤端面的示意图；

图4为轴向压杆位移x与中点法向最大挠度y_max的关系示意图；

图5为轴向压杆位移x与中点法向最大挠度y_max对x的导数的关系示意图；

其中：1.顶盖，2.钢筒，3.夹具，4.弹性薄片，5.受压膜片，6.钢壳，7.保护套，8.光纤，81.光纤端面，9.容纳腔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。