[发明专利]一种光纤光栅压力传感器及其使用方法

说明书

本发明公开了一种光纤光栅压力传感器，其使用方法为：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；对每个压力光纤光栅的位置高度进行标定，分别获取每个压力光纤光栅和每个温度补偿光纤光栅的初始波长数据；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和温度补偿光纤光栅的实时波长数据；根据初始波长数据和实时波长数据，消除环境温度对压力光纤光栅的影响，获取压力光纤光栅的波长偏移值；根据所有压力光纤光栅的波长偏移值和位置高度，获取液位高度。本发明采用光纤光栅压力传感器测量的液位高度精准，且不受液体密度和重力加速度的影响。

技术领域

本发明数据传感器领域，具体涉及一种光纤光栅压力传感器及其使用方法。

背景技术

光纤光栅传感器因其抗电磁干扰能力强，对压力测量参量具有极高的测量精度和线性度，逐渐被应用于特殊环境的液位监测。光纤光栅压力传感器是基于液压与光纤光栅布拉格波长漂移响应的线性关系。在现有技术中提出了金属膜片式的光纤光栅压力传感器，其工作原理是液位压力与光纤光栅反射波长具有线性关系，其线性度达到0.9999，利用液体压力变化引起隔离膜片形变，从未使得光纤光栅发生相应的形变，通过反射波长来获知液位的变化。其不足之处在于：不能很好的解决温度补偿问题，对于压力的灵敏度还不够高，以及测量液位受液体密度和重力加速度的影响。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种光纤光栅压力传感器解决了现有技术中金属膜片式的光纤光栅压力传感器存在的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种光纤光栅压力传感器，包括外壳和压力光纤，所述外壳为空腔长方体，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，所述外壳的另一面上设置有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，所述压力光纤上刻写有若干压力光纤光栅，其一端穿设于第一圆形金属膜片的圆心，其另一端穿设于第二圆形金属膜片的圆心；

每个所述压力光纤旁均设置有与其对应的温度光纤，所述温度光纤上刻写有若干温度补偿光纤光栅，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；所述压力光纤和温度光纤均呈蛇形连接。

进一步地，所述外壳的顶部开口，所述压力光纤光栅位于第一圆形金属膜片与第二圆形金属膜片之间的中间位置。

进一步地，所述第一圆形金属膜片和第二圆形金属膜片与外壳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的连接处采用密封处理。

进一步地，所述压力光纤与其对应的温度光纤平行，且压力光纤和其对应的温度光纤到外壳底部的间距相同。

本发明的有益效果为：

本发明在每个压力光纤两端分别设置有圆形金属膜片，圆形金属膜片对液压呈线性响应，并且能够将液压的变化转化为压力光纤光栅波长的变化，双金属膜片的结构增强了光纤光栅压力传感器的灵敏度。

本发明在每个压力光纤旁设置对应的且高度相同的温度光纤，温度光纤上设置有多个温度补偿光纤光栅，对压力光纤光栅起到了的补偿作用，消除了外界环境温度对压力光纤光栅的影响，提高了获取液位信息的准确性。

本发明采用圆形金属膜片，其具有良好的稳定性、耐化学性、回弹性和极小的压缩变型性，适用于测量不同液体场景。

一种光纤光栅压力传感器的使用方法，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的位置高度进行标定，分别获取每个压力光纤光栅和每个温度补偿光纤光栅的初始波长数据；