[发明专利]一种鱼型光纤光栅大量程压力传感器的制作及封装方法

说明书

本发明涉及一种鱼型光纤光栅大量程压力传感器的制作及封装方法，包括以下步骤：S1：制作鱼型金属片，S2：制作光纤光栅，S3：制作气囊，S4：组装传感器主体，S5：组装光纤S6：平衡测量，S7：整体封装。本发明根据鱼体亚对称结构的仿生学原理，在鱼体左右两侧设计有刚度不同的鱼骨形的金属片，内部有类似鱼泡的气囊，气囊和金属片之间设有弹性填充物，并且在金属片的纵向中轴线(“鱼际线”)内外两侧设置光纤光栅，其中刚度小的金属片上的光纤光栅对，利用金属膜片正反变形原理消除温度对光栅的影响，实现温度自补偿的压力检测；设有凹或凸筋槽的另一金属片上的光纤光栅在外在压力下发生径向椭圆变形，利用双折射的谐振波长分裂接力检测中高压。

技术领域

本发明涉及涉及光纤传感技术领域和液压检测技术领域，具体涉及一种鱼型光纤光栅大量程压力传感器的制作及封装方法。

背景技术

液体压力是流体压力管道结构的重要荷载，由伯努利方程可知，管路内的液体压力也是一种能量形式，在液压传动系统中，介质的流速(动能)较低，产生的势能相对较低，可以不考虑，仅依靠工作介质的压力能传递动力，就是所谓的静液压传动。在静液压传动中，由于泵或阀的开启关闭，或者负载的动态变化，都会引起管路内流体压力的变化，特别是对螺旋管路内压力的分布和动态特性的研究目前尚属于技术空白。

传统的液体压力传感装置，主要是机械式压力表或者电阻式压力传感器，这些检测方法的优点是测量理论和技术相对成熟，设备成本较低，但是目前，对液压管路内压力或温度进行检测时，通常采用在管路径向开检测工艺孔，以及在管路径向侧壁安装压力或温度传感器探头的方法。但这种方法存在一定的问题：第一，破坏管路侧壁结构；第二，径向传感器探头破坏了内壁液流的层流形态，增加了液流内部扰动；第三，螺旋管路内外侧流速不同，压力状态不同，采用固定的压力传感器探头的方法难以准确测量管路内的压力分布和变化规律。而对于管路内液体压力测量多数是利用光纤光栅原理进行，但采用光纤光栅压力传感器进行压力测量时，存在承载小，测量压力范围较小的问题。为此，目前通常采用悬臂梁放大原理对压力传感器进行封装，以解决传感器承载小的问题。但这同时又会产生传感器体积增大的问题；并且对传感器进行封装并不能解决其测量压力范围较小的问题，即传感器的量程仍然满足不了实际需求。现有利用光纤光栅对压力的测量方法主要有两种：一是利用光纤光栅波长能够与待测的物理量建立一定的线性关系，通过标定线性范围内的线性系数，由待测物理量发生变化而引起了波长的漂移值换算出相应的压力值。例如当光纤光棚受到外场(应力场、温度场等)作用时，其栅格周期或有效折射率会发生变化从而引起光栅反射(或透射)波长的漂移，现在我们常用的光栅传感中绝大部分的光纤光栅传感器都属于这一类。二是光纤光栅偏振特性能够与随待测物理量建立线性关系，偏振特性随着待测物理量的变化而变化的，是光纤布拉格光栅在压力负载条件下的谐振波长分裂，通过对x偏振光和y偏振光幅度谱中心波长的偏移量或者通过采集透射偏振光光信号的斯托克斯参量s1、s2和s3以检测外在压力，但是这种方法在遇到压力较小状况时，总幅度谱很难察觉到两种本征模中心波长的差别；或者因斯托克斯参量s1、s2和s3需要利用特定波段的偏振光等原因，检测较为困难。

综上所述，因为光纤光栅传感器自身的灵敏性高，不管是用光栅中心波长漂移量还是用光纤椭圆变形造成的双折射检测方法，都存在一个仅能检测低压范围，一个仅能检测相对的高压范围，从而使得测量压力的量程受到较大的局限，导致目前光纤光栅传感器可检测的压力范围有限。

因此，亟需一种能够实现液压管内较高精度的光纤光栅大量程压力传感器的管路无损检测系统，用于管路内油压高精度的压力数据的采集，而这种技术主要依赖于传感器的封装和标定检测办法的创新，以推动液压管路的深入研究和优化。本发明综合利用了光纤光栅纵向和径向随压力变化而测量范围不同的两个突出特点的互补性，主要创新一种仿生鱼型光纤光栅大量程压力传感器的制作方法。

发明内容