[发明专利]一种光纤光栅压力传感器及其使用方法

权利要求书

1.一种光纤光栅压力传感器，其特征在于，包括外壳(1)和压力光纤(4)，所述外壳(1)为空腔长方体，其一面的中线上设置有N个等间距的第一圆孔，每个所述第一圆孔上固定有对应的第一圆形金属膜片(2)，所述外壳(1)的另一面上设置有N个与第一圆孔正对且大小相同的第二圆孔，每个所述第二圆孔上均固定有第二圆形金属膜片(3)，所述压力光纤(4)上刻写有若干压力光纤光栅(5)，其一端穿设于第一圆形金属膜片(2)的圆心，其另一端穿设于第二圆形金属膜片(3)的圆心；

每个所述压力光纤(4)旁均设置有与其对应的温度光纤(6)，所述温度光纤(6)上刻写有若干温度补偿光纤光栅(7)，其一端穿设于第一圆孔所在的面，其另一端穿设于第二圆孔所在的面；所述压力光纤(4)和温度光纤(6)均呈蛇形连接；

其中，光纤光栅压力传感器的使用方法为：

S1、将光纤光栅压力传感器通过光纤光栅信号解调仪与上位机软件系统连接；

S2、对每个压力光纤光栅(5)的位置高度进行标定，分别获取每个压力光纤光栅(5)和每个温度补偿光纤光栅(7)的初始波长数据；

S3、将光纤光栅压力传感器放置于其量程范围内的液体之中，通过光纤光栅信号解调仪读取压力光纤光栅(5)和温度补偿光纤光栅(7)的实时波长数据；

S4、根据初始波长数据和实时波长数据，通过上位机软件系统消除环境温度对压力光纤光栅(5)的影响，获取压力光纤光栅(5)的波长偏移值；

S5、根据浸入液体的压力光纤光栅(5)的波长偏移值和位置高度，获取液位高度；

所述步骤S4中压力光纤光栅(5)的波长偏移值x_i具体为：

x_i＝(λ_i-λ_i0)-(λ_iT-λ_iT0)

其中，i＝1,2,...,N，N为压力光纤光栅(5)的总个数，λ_i0表示第i个压力光纤光栅(5)的初始波长数据，λ_iT0表示第i个温度补偿光纤光栅(7)的初始波长数据，λ_i表示第i个压力光纤光栅(5)的实时波长数据，λ_iT表示第i个温度补偿光纤光栅(7)的实时波长数据；

所述步骤S5包括以下分步骤：

S5.1、通过上位机软件系统筛选出浸入液体的压力光纤光栅(5)，并记其个数为M；

S5.2、根据所述M个压力光纤光栅(5)的位置高度和波长偏移值，获取液位高度；

所述步骤S5.2中液位高度a具体为：

其中，y_j表示第j个压力光纤光栅(5)的位置高度，b表示光纤光栅压力传感器的灵敏度，x_j表示第j个压力光纤光栅(5)的波长偏移值，j＝1,2,...,M；

所述灵敏度b为：

2.根据权利要求1所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述外壳(1)的顶部开口，所述压力光纤光栅(5)位于第一圆形金属膜片(2)与第二圆形金属膜片(3)之间的中间位置。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述第一圆形金属膜片(2)和第二圆形金属膜片(3)与外壳(1)的连接处均采用密封处理，所述第一圆孔与第一圆形金属膜片(2)的连接处采用密封处理，所述第二圆孔与第二圆形金属膜片(3)的连接处采用密封处理。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述压力光纤(4)与其对应的温度光纤(6)平行，且压力光纤(4)和其对应的温度光纤(6)到外壳(1)底部的间距相同。

5.一种如权利要求1所述光纤光栅压力传感器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将光纤光栅压力传感器通过光纤光栅信号解调仪与上位机软件系统连接；

S2、对每个压力光纤光栅(5)的位置高度进行标定，分别获取每个压力光纤光栅(5)和每个温度补偿光纤光栅(7)的初始波长数据；

S3、将光纤光栅压力传感器放置于其量程范围内的液体之中，通过光纤光栅信号解调仪读取压力光纤光栅(5)和温度补偿光纤光栅(7)的实时波长数据；

S4、根据初始波长数据和实时波长数据，通过上位机软件系统消除环境温度对压力光纤光栅(5)的影响，获取压力光纤光栅(5)的波长偏移值；

S5、根据浸入液体的压力光纤光栅(5)的波长偏移值和位置高度，获取液位高度；

所述步骤S4中压力光纤光栅(5)的波长偏移值x_i具体为：

x_i＝(λ_i-λ_i0)-(λ_iT-λ_iT0)

其中，i＝1,2,...,N，N为压力光纤光栅(5)的总个数，λ_i0表示第i个压力光纤光栅(5)的初始波长数据，λ_iT0表示第i个温度补偿光纤光栅(7)的初始波长数据，λ_i表示第i个压力光纤光栅(5)的实时波长数据，λ_iT表示第i个温度补偿光纤光栅(7)的实时波长数据；

所述步骤S5包括以下分步骤：

S5.1、通过上位机软件系统筛选出浸入液体的压力光纤光栅(5)，并记其个数为M；

S5.2、根据所述M个压力光纤光栅(5)的位置高度和波长偏移值，获取液位高度；

所述步骤S5.2中液位高度a具体为：

其中，y_j表示第j个压力光纤光栅(5)的位置高度，b表示光纤光栅压力传感器的灵敏度，x_j表示第j个压力光纤光栅(5)的波长偏移值，j＝1,2,...,M；

所述灵敏度b为：