[发明专利]一种容器内流体压力测量装置

说明书

本发明涉及压力测量技术领域，一种容器内流体压力测量装置，包括激光器、分束器、光纤I、光纤II、压力传感器、光探测器I、光探测器II、模数转换器、计算机、信号源和电缆，压力传感器包括金属片I、乳胶薄膜、微纳小球、金属片II和金属罩，金属罩内的底面中心具有一个高度为11毫米的凸台，微纳小球通过环氧树脂固定于金属罩的凸台上，金属罩的底面具有四个直径为1毫米的小孔，基于介电共振器的光学模测量方法，通过测量介电共振器的光学模来进行压力测量，基于电介质微小球及薄膜结构，采用介电共振器的光学模测量方法，具有较高的测量灵敏度及动态范围，且受外界的电磁干涉的影响较小，而且，传感器的特性能够通过使用不同的材料来改善。

技术领域

本发明涉及压力测量技术领域，尤其是一种基于介电共振器的光学模测量方法的一种容器内流体压力测量装置。

背景技术

在容器内的流体压力测量中，由于测量环境及空间的限制，通常采用基于微机电系统的压力传感器，主要包括压电传感器、压阻传感器、电容传感器，但是均有不同的缺点：压电传感器的测量带宽受限，通常低于几千赫兹；电容传感器的阻抗过高，一般需要在传感器附近加装阻抗缓冲，结构复杂；压阻传感器的灵敏度较低且需要温度补偿来进行较为精确的测量，所述一种容器内流体压力测量装置能够解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的压力测量装置基于电介质微小球及薄膜结构，采用介电共振器的光学模测量方法，具有较高的测量灵敏度及动态范围，且受外界的电磁干涉的影响较小，而且，传感器的特性能够通过使用不同的材料来改善。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种容器内流体压力测量装置包括激光器、分束器、光纤I、光纤II、压力传感器、光探测器I、光探测器II、模数转换器、计算机、信号源和电缆，xyz为三维坐标系，待测容器的腔壁上具有直径为26毫米的通孔，分束器具有一个入口和两个出口，分束器能够将光分为相等的两份，并分别从两个出口输出，模数转换器具有两个输入端和两个输出端，激光器通过发射端发射出中心波长为1.5微米的激光，激光器的发射端连接分束器的入口，分束器的一个出口连接光纤I，光纤I穿过压力传感器后连接至光探测器I，分束器的另一个出口通过光纤II连接光探测器II；光探测器I和光探测器II分别通过电缆连接模数转换器的两个输入端，模数转换器的两个输出端分别通过电缆连接计算机和信号源的输入端，信号源的输出端通过电缆连接激光器，用于控制激光器发射的激光的波形及频率；压力传感器安装于待测容器的腔壁的通孔处，压力传感器包括金属片I、乳胶薄膜、微纳小球、金属片II和金属罩，金属罩为开口杯状，金属罩内的底面中心具有一个高度为11毫米的凸台，金属罩的底面具有四个直径为1毫米的小孔，能够平衡金属罩的底面两侧的气压，金属片I和金属片II均为圆环片，乳胶薄膜被夹在金属片I与金属片II之间且用环氧树脂固定，乳胶薄膜填满圆环片的内环，金属片II通过环氧树脂固定于金属罩的开口上沿，微纳小球通过环氧树脂固定于金属罩的凸台上且位于乳胶薄膜的下方，在乳胶薄膜无形变时，乳胶薄膜与微纳小球的距离小于0.8毫米，微纳小球由比例范围为10∶1至50∶1的聚苯乙烯和固化剂的混合物制成，采用不同比例的聚苯乙烯和固化剂时能够改变微纳小球的特性，微纳小球的光学品质因子Q典型值为10⁶；光纤I中的一段被加热拉伸形成直径为10微米、长度为30毫米的细段，光纤I从金属罩底面的一个小孔穿入并从另一个小孔穿出，使得光纤I中的所述细段位于金属罩内并与微纳小球的侧面接触，使得光纤I中的光路与微纳小球切线方向的光路相互耦合；光纤I和光纤II均为单模光纤；金属片I和金属片II均是外径为26毫米、内径为2毫米、厚度为0.5毫米且由铜制成；乳胶薄膜的直径为8毫米、厚度范围为40微米到90微米；微纳小球的直径范围为0.8毫米到1.1毫米；金属罩的底面外径为26毫米、高度为12毫米，金属罩由铝或钛制成。

利用所述一种容器内流体压力测量装置进行测量的步骤为：