[发明专利]一种容器内流体压力测量方法

摘要

本发明涉及压力测量技术领域，一种容器内流体压力测量方法，容器内流体压力测量装置包括激光器、分束器、光纤I、光纤II、压力传感器、光探测器I、光探测器II、模数转换器、计算机、信号源和电缆，压力传感器包括金属片I、乳胶薄膜、微纳小球、金属片II和金属罩，金属罩内的底面中心具有一个高度为11毫米的凸台，微纳小球通过环氧树脂固定于金属罩的凸台上，金属罩的底面具有四个直径为1毫米的小孔，微纳小球由聚苯乙烯和固化剂的混合物制成，基于介电共振器的光学模测量方法，以电介质微小球及薄膜为基本结构，采用测量介电共振器的光学模的方法来测量容器内压力，测量灵敏度高，测量的动态范围大，受外界的电磁干涉的影响小。

主权项

1.一种容器内流体压力测量方法，容器内流体压力测量装置包括激光器(1)、分束器(2)、光纤I(3)、光纤II(4)、压力传感器(5)、光探测器I(6)、光探测器II(7)、模数转换器(8)、计算机(9)、信号源(10)和电缆，xyz为三维坐标系，待测容器的腔壁(11)上具有直径为26毫米的通孔，分束器(2)具有一个入口和两个出口，分束器(2)能够将光分为相等的两份，并分别从两个出口输出，模数转换器(8)具有两个输入端和两个输出端，激光器(1)通过发射端发射出中心波长为1.5微米的激光；激光器(1)的发射端连接分束器(2)的入口，分束器(2)的一个出口连接光纤I(3)，光纤I(3)穿过压力传感器(5)后连接至光探测器I(6)，分束器(2)的另一个出口通过光纤II(4)连接光探测器II(7)；光探测器I(6)和光探测器II(7)分别通过电缆连接模数转换器(8)的两个输入端，模数转换器(8)的两个输出端分别通过电缆连接计算机(9)和信号源(10)的输入端，信号源(10)的输出端通过电缆连接激光器(1)，用于控制激光器(1)发射的激光的波形及频率；压力传感器(5)安装于待测容器的腔壁(11)的通孔处，压力传感器(5)包括金属片I(5‑1)、乳胶薄膜(5‑2)、微纳小球(5‑3)、金属片II(5‑4)和金属罩(5‑5)，金属罩(5‑5)为开口杯状，金属罩(5‑5)内的底面中心具有一个高度为I1毫米的凸台，金属罩(5‑5)的底面具有四个直径为1毫米的小孔，金属片I(5‑1)和金属片II(5‑4)均为圆环片，乳胶薄膜(5‑2)被夹在金属片I(5‑1)与金属片II(5‑4)之间且用环氧树脂固定，乳胶薄膜(5‑2)填满圆环片的内环，金属片II(5‑4)通过环氧树脂固定于金属罩(5‑5)的开口上沿，微纳小球(5‑3)通过环氧树脂固定于金属罩(5‑5)的凸台上且位于乳胶薄膜(5‑2)的下方，在乳胶薄膜(5‑2)无形变时，乳胶薄膜(5‑2)与微纳小球(5‑3)的距离小于0.8毫米，微纳小球(5‑3)由比例范围为10∶1至50∶1的聚苯乙烯和固化剂的混合物制成，采用不同比例的聚苯乙烯和固化剂时能够改变微纳小球(5‑3)的特性，微纳小球(5‑3)的光学品质因子Q典型值为10⁶；光纤I(3)中的一段被加热拉伸形成直径为10微米、长度为30毫米的细段，光纤I(3)从金属罩(5‑5)底面的一个小孔穿入并从另一个小孔穿出，使得光纤I(3)中的所述细段位于金属罩(5‑5)内并与微纳小球(5‑3)的侧面接触，使得光纤I(3)中的光路与微纳小球(5‑3)切线方向的光路相互耦合；光纤I(3)和光纤II(4)均为单模光纤；金属片I(5‑1)和金属片II(5‑4)均是外径为26毫米、内径为2毫米、厚度为0.5毫米且由铜制成；乳胶薄膜(5‑2)的直径为8毫米、厚度范围为40微米到90微米；微纳小球(5‑3)的直径范围为0.8毫米到1.1毫米；金属罩(5‑5)的底面外径为26毫米、高度为12毫米，金属罩(5‑5)由铝或钛制成，其特征是：所述一种容器内流体压力测量方法的步骤为：步骤一，使用一个经过校准的压电传感器对容器内流体压力测量装置进行校准：将经过校准的压电传感器与容器内流体压力测量装置安装于同一个测试腔中，开启激光器(1)、光探测器I(6)、光探测器II(7)、模数转换器(8)、计算机(9)及信号源(10)，并对所述测试腔内充入去离子水，记录经过校准的压电传感器测得的压强，得到0、10、20、30、50帕斯卡时激光在光纤I(3)中的透射谱中的峰的位置；步骤二，关闭激光器(1)、光探测器I(6)、光探测器II(7)、模数转换器(8)、计算机(9)及信号源(10)，将容器内流体压力测量装置从测试腔中取出；步骤三，将压力传感器(5)安装于待测容器的腔壁(11)上的通孔处并保持密封，并使得金属片I(5‑1)与待测容器的腔壁(11)的内壁共面；步骤四，开启激光器(1)、光探测器I(6)、光探测器II(7)、模数转换器(8)、计算机(9)及信号源(10)；步骤五，在待测容器中通入流体；步骤六，光探测器I(6)将采集到的光信号经过模数转换器(8)输入计算机(9)，在计算机(9)中得到激光在光纤I(3)中的透射谱，光探测器II(7)将采集到的光信号经过模数转换器(8)输入计算机(9)，得到激光在光纤II(4)中的透射谱；步骤七，计算机(9)得到激光在光纤I(3)中的透射谱相对于激光在光纤II(4)中的透射谱进行归一化处理；步骤八，分析经过步骤七处理后得到的透射谱中的信号峰，并相对于步骤一中得到的校准数据进行拟合，最终得到待测容器内流体的压力。