[发明专利]一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器

说明书

本发明涉及一种鱼型光纤光栅压力和温度传感器，适于检测管道内的液体压力和温度分布，特别适合于管路折弯或节流孔前后流体压力和温度的精确检测，包括骨架，所述骨架由两个相互对称设置的金属片组成，所述金属片设为纵向长横向短的薄片结构，其中一个金属片沿其纵向中轴线两侧对称开设纵向沟槽，设为阴面金属片。本发明根据鱼体的仿生学原理，设计有两个金属片组成的骨架、测温金属丝和骨架内测温金属腔，在阴面金属片的中轴线内外设置光纤光栅，利用金属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；通过测温金属丝和特殊结构的测温腔封装，消除外在压应力、内部热应力、冲击惯性力对光栅的影响，实现温度测量。

技术领域

本发明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压力和温度传感器。

背景技术

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件，由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。

普通的光纤光栅在裸露的情况下抗拉、抗折性能较差，所以对光纤光栅进行封装保护是十分必要的。因光纤光栅耐温性较差，如果工作温度高于光纤光栅耐热温度，光栅的中心波长就会产生较大飘移，导致光纤光栅通过线性拟合的标定办法，量程受限。

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，螺旋管路的内外侧流速不同，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，即该种压力传感器的量程仍然满足不了工程液压机械的实际需求。

光纤光栅温度传感器最大的特点是可以串接多个传感器实现分布式测温，单根光纤上最多可以串联35个温度传感器，极大的减少了布线数量，既简单可靠又经济。现有光纤光栅温度传感器在工程结构在应用时，遇到两类问题，一是光纤光栅温度传感器本身强度的问题，二是时间响应的问题，高强度必然导致大的封装壳体厚度，从而影响对环境温度的响应速度；为提高响应速度，就要减小封装管的厚度，这又使得保护强度降低。在现有技术中，光纤光栅温度传感器的封装结构尚不能同时具备较强的保护强度和较快的响应速度。

发明(CN201010141147.4一种光纤光栅温度传感器)通过采用金属、玻璃或陶瓷材料制成封装管进行封装保证了对光纤光栅具有较强的保护强度；但由于光栅主要通过感应封装管内密闭气体的热量来感知封装管外部的环境温度，容易在高温时受到内部气体的膨胀压力而产生光栅形变，也容易在环境温度下降时，内部的散热速度受到影响而导致响应的滞后，而且这种传感器只能检测温度，而不能同时检测同一环境下的压力。

因此，亟需一种能够实现液压管内较高精度的温度和压力分布的检测系统，用于管路内油温的高精度检测和管路多点管壁无损的内部压力数据的采集，而这种技术主要依赖于传感器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，本发明揣测鱼类对液体压力和温度的神经感知原理，结合水中鱼体结构，主要创新仿生鱼型压力和温度传感器。

发明内容