[发明专利]一种基于应变落锤的光纤压力传感器动态校准装置及方法

权利要求书

1.一种基于应变落锤的光纤压力传感器动态校准装置，其特征在于，包括应变落锤、液压活塞(4)、液压油缸(5)和信号采集及处理单元；

液压油缸(5)内腔灌注有传压介质(6)，液压油缸(5)内腔上部安装有液压活塞(4)，待校准光纤压力传感器(7)安装在液压油缸(5)侧壁，且待校准光纤压力传感器(7)的探头伸入传压介质(6)中；

应变落锤自由下落与液压活塞(4)相撞击，液压活塞(4)受到撞击与液压活塞(4)共同向下运动至向下的速度减为零，再在传压介质(6)弹性恢复作用力下，应变落锤与液压活塞(4)同时向上运动，直至应变落锤与液压活塞(4)脱离开，由信号采集及处理单元获取待校准光纤压力传感器(7)的动态压力值以完成动态校准；

应变落锤包括锤体(1)、光纤光栅应变传感器(2)和锤头(3)，所述光纤光栅应变传感器(2)包括光纤光栅和弹性元件(2-1)，光纤光栅固化在弹性元件(2-1)上，锤体(1)、弹性元件(2-1)和锤头(3)通过螺栓依次连接。

2.根据权利要求1所述一种基于应变落锤的光纤压力传感器动态校准装置，其特征在于，信号采集及处理单元包括光纤光栅波长解调仪(9)和计算机(10)，光纤光栅波长解调仪(9)用于测量光纤光栅应变传感器(2)的光纤光栅的波长漂移变化量计算机(10)根据弹性元件(2-1)的形变量ε和光纤光栅的波长漂移变化量获取待校准光纤压力传感器(7)的动态压力值。

3.根据权利要求1所述一种基于应变落锤的光纤压力传感器动态校准装置，其特征在于，还包括水平底座(8)，液压油缸(5)固定在水平底座(8)上。

4.基于权利要求2所述的一种基于应变落锤的光纤压力传感器动态校准装置的动态校准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、应变落锤从一定高度自由下落与液压油缸(5)上部的液压活塞(4)相撞击；

步骤二、液压活塞(4)受到撞击与液压活塞(4)共同向下运动，应变落锤自身的动能转化成传压介质(6)的弹性势能，直至速度减为零；

步骤三、在传压介质(6)弹性恢复作用力下，应变落锤与液压活塞(4)同时向上运动，传压介质(6)的弹性势能转化为应变落锤的动能，直至应变落锤与液压活塞(4)脱离开；

步骤四、传压介质(6)将动态压力P传递给待校准光纤压力传感器(7)，

光纤光栅波长解调仪(9)测量光纤光栅应变传感器(2)的光纤光栅的波长漂移变化量计算机(10)根据光纤光栅的波长漂移变化量与动态压力P的关系式获取待校准光纤压力传感器(7)的动态压力值，从而实现光纤光栅应变传感器(2)对待校准光纤压力传感器(7)的动态校准；

光纤光栅的波长漂移变化量与动态压力P的存在如下关系式：

其中：

液压活塞(4)、锤头(3)、锤体(1)的等效质量分别为m、M₁、M₂；

锤头(3)与液压活塞(4)接触时的弹性系数和阻尼系数分别为k₁和c₁；

锤头(3)与锤体(1)之间弹性元件(2-1)的等效刚度和阻尼系数分别为k₂和c₂；

D为位移的微分算子；

S为液压活塞(4)的横截面积；

f为液压活塞(4)与液压油缸(5)之间的摩擦力；

P_e为有效弹光系数；

H为弹性元件(2-1)的高度。