[发明专利]一种光纤宏弯压力传感器及其测量系统

说明书

本发明公开了一种光纤宏弯压力传感器及其测量系统。该传感器包括壳体、弹性膜片、支架、套筒、传力杆、光纤、入射光纤通孔、出射光纤通孔。壳体底部固定设置弹性膜片，内部固定设置支架以固定套筒，顶部设有入射光纤通孔；传力杆穿过套筒，一端固定在弹性膜片的中心上，另一端固定连接出射光纤通孔；光纤穿过入射光纤通孔、出射光纤通孔形成光纤宏弯段；该传感器及其测量系统采用弹性膜片与光纤宏弯组合结构，以及将光信号转化为电信号的光电二极管来实现对压力的测量。本发明提供的光纤宏弯压力传感器具有结构形式简单、易于加工、价格低廉、本质安全、耐腐蚀的优点，在石油化工、土木水利和航空航天等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及压力传感器与光纤传感技术领域，特别涉及一种光纤宏弯压力传感器及其测量系统。

背景技术

光纤传感器是伴随着光纤通信技术的发展而迅速发展起来的传感技术，具有尺寸小、重量轻、灵敏度高、本质安全、抗电磁干扰、耐腐蚀、寿命长等优点。通过适当的调制解调方法，光纤传感器能够实现对温度、压力、应变、加速度、位移、流量、电场、磁场等多物理量、多参数的测量和长期在线监测，因而获得了广泛的研究和应用。

在高温、高压、腐蚀、易燃、易爆、强电磁干扰等恶劣环境下(比如油气井、油气管等地方)，电子类压力传感器通常存在不安全的因素，无法长期安全可靠工作，而且测量信号远距离传输难困难。光纤类压力传感器克服了电子类压力传感器的缺点，具有本质安全，耐腐蚀，抗电磁干扰，信号传输距离远，易于实现压力的长期在线监测等优点，非常适合在恶劣环境中应用。

现有的光纤压力传感器主要是光纤光栅型和光纤法布里-珀罗干涉型。这两类压力传感器大多利用弹性膜片在压力作用下产生的中心位移，通过特定的物理量转换机制，将膜片中心位移的变化转化为光纤光栅的轴向应变或光纤法布里-珀罗腔长度的变化，从而实现对压力的测量和监测。目前有光纤光栅压力传感器、杠杆式光纤光栅压力传感器、全光纤高灵敏压力传感器，但是光纤光栅型压力传感器具有温度-压力交叉敏感性，测量结果易受温度影响，需要进行温度补偿，增加传感器的结构复杂性，光纤法布里-珀罗干涉型压力传感器同样需要进行温度补偿，而且腔体密封工艺要求严格，成品率低。总而言之，这两类光纤压力传感器结构复杂，成本偏高，调制解调设备价格昂贵，难以实现推广应用。

发明内容

本发明的目的是在于利用光纤宏弯传感技术的优良特性，采用弹性膜片与光纤宏弯组合结构，提供一种结构形式简单、易于加工、调制解调方法简单、且价格低廉的光纤宏弯压力传感器及其测量系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光纤宏弯压力传感器，所述光纤宏弯压力传感器包括：壳体、弹性膜片、支架、套筒、传力杆、光纤、入射光纤通孔、出射光纤通孔；

所述壳体底部固定设置所述弹性膜片，所述壳体内部固定设置所述支架以固定所述套筒，所述壳体顶部设有所述入射光纤通孔；

所述传力杆穿过所述套筒，所述传力杆的一端固定在所述弹性膜片的中心上，所述传力杆的另一端固定连接所述出射光纤通孔；

所述光纤依次穿过所述入射光纤通孔、所述出射光纤通孔，使所述光纤在所述入射光纤通孔与所述出射光纤通孔之间形成光纤宏弯段。

可选的，所述壳体上还设有第一预留通孔、第二预留通孔；所述第一预留通孔与所述入射光纤通孔在同一水平线上；所述第二预留通孔与所述出射光纤通孔在同一水平线上；所述光纤穿过所述第一预留通孔进入所述壳体内；所述光纤穿过所述第二预留通孔离开所述壳体。

可选的，所述入射光纤通孔、所述出射光纤通孔、所述传力杆、所述套筒均沿着所述壳体的中轴线设置。

可选的，所述壳体为封闭的圆筒结构。

可选的，所述弹性膜片为圆形结构。