專利名稱：礦用光纖布拉格光柵負壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，尤其是一種礦用光纖布拉格光柵負壓傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的礦用壓力傳感器多采用金屬彈性膜與電阻應(yīng)變片相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。在壓力作 用下金屬彈性膜發(fā)生形變，該形變通過電阻應(yīng)變片與測量電橋最終轉(zhuǎn)換為電橋的輸出電壓 從而實現(xiàn)壓力的測量。其缺點有1.易受電磁干擾2.測量信號不易遠距離傳輸3.不易形成傳感器網(wǎng)絡(luò)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的礦 用光纖布拉格光柵負壓傳感器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種礦用光纖布拉格光柵負壓傳感器，包括殼體，殼體一側(cè)開口，開口內(nèi)密封設(shè)置 有一應(yīng)變薄膜，殼體內(nèi)設(shè)有一與應(yīng)變薄膜相垂直的彈性桿，所述彈性桿一端與應(yīng)變薄膜接 觸，另一端穿過殼體側(cè)面露在外部，殼體內(nèi)的彈性桿上設(shè)有光纖布拉格光柵，光纖布拉格光 柵通過光纖與殼體外的解調(diào)裝置相連；所述殼體開口處與應(yīng)變薄膜之間區(qū)域為負壓區(qū)，殼 體內(nèi)其余區(qū)域與外界連通，為常壓區(qū)。所述應(yīng)變薄膜為金屬應(yīng)變薄膜。所述彈性桿通過螺紋與殼體側(cè)面緊固連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1.結(jié)構(gòu)更加簡單光纖布拉格光柵替代了電阻應(yīng)變片從而省去了電橋。2.可以遠程測量光信號可在光纖中以極低的損耗遠距離傳輸，因此解調(diào)端可以距 離探頭很遠；光信號的來回傳輸只需要單根光纖而不像電信號需要兩條線形成一個回路。3.抗電磁干擾電信號不受測量現(xiàn)場惡劣電磁環(huán)境的干擾。4.易于形成傳感網(wǎng)絡(luò)光纖布拉格光柵易于實現(xiàn)波分復(fù)用，因此可以將多個探頭組 成傳感網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一使用同一套解調(diào)系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；其中1.金屬應(yīng)變薄膜，2.彈性桿，3.光纖布拉格光柵，4.螺紋，5.光纖，6.殼體。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
如圖1所示，一種礦用光纖布拉格光柵負壓傳感器，包括保護內(nèi)部的傳感元件的 殼體6，殼體6 —側(cè)開口，開口內(nèi)密封設(shè)置有一在壓力作用下發(fā)生形變的金屬應(yīng)變薄膜1，殼 體6內(nèi)設(shè)有一與金屬應(yīng)變薄膜1相垂直的彈性桿2，彈性桿2可將金屬應(yīng)變薄膜的形變轉(zhuǎn)變 為光柵的拉伸形變，增強光柵的應(yīng)變靈敏度。所述彈性桿2 —端與金屬應(yīng)變薄膜1接觸，另 一端穿過殼體側(cè)面露在外部，殼體6內(nèi)的彈性桿2上設(shè)有光纖布拉格光柵3，光纖布拉格光 柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG) 3是傳感器的敏感元件，將彈性桿2的拉伸應(yīng)變轉(zhuǎn)化為光學(xué) 量。光纖布拉格光柵3通過光纖5與殼體6外的解調(diào)裝置相連，光纖5可將測量信號傳輸 至解調(diào)端；所述殼體開口處與金屬應(yīng)變薄膜1之間區(qū)域為負壓區(qū)，殼體6內(nèi)其余區(qū)域與外界 連通，為常壓區(qū)。彈性桿2通過螺紋4與殼體側(cè)面緊固連接。螺紋4可對彈性桿2進行預(yù) 緊，消除傳動中的空程。彈性桿2為彈性金屬桿。初始狀態(tài)下，通過預(yù)緊螺紋4將彈性桿2預(yù)緊，這樣金屬應(yīng)變膜1被拉向右側(cè)。在 正常工作時，金屬應(yīng)變薄膜1的左側(cè)應(yīng)處于負壓狀態(tài)；右側(cè)與外界連通，壓強為一個大氣 壓。這樣金屬應(yīng)變薄膜1將受到一個方向由右至左的凈壓力。在該壓力的作用下，金屬應(yīng) 變薄膜1向左側(cè)變形從而拉伸彈性金屬桿發(fā)生形變。粘貼在彈性金屬桿上的光纖布拉格光 柵(FBG) 3感受彈性金屬桿桿的形變并將其轉(zhuǎn)化為光學(xué)量傳輸?shù)浇庹{(diào)端。以上已經(jīng)說明了壓力信號轉(zhuǎn)化為光纖布拉格光柵(FBG) 3應(yīng)變的全過程，下面將 闡明光纖布拉格光柵(FBG) 3測應(yīng)變的原理。光纖布拉格光柵(FBG) 3的中心波長λ Β可以表示為λ B = 2n A (1)其中，η為光柵的有效折射率，A為光柵的周期。在光柵發(fā)生軸向應(yīng)變時，η和Λ 同時發(fā)生變化，這樣光柵的中心波長就會隨光柵所受應(yīng)變發(fā)生漂移。Δλ = λΒ(1-ρε)ε (2)對于普通的石英光柵，pe = 0. 22，故Δ λ = 0. 78 λ Β ε (3)對于中心波長為1500nm的光柵來說，其應(yīng)變靈敏度約為1. 2pm/μ ε。其中，Δ λ 表示光纖布拉格光柵中心波長的漂移量，ε表示應(yīng)變，μ ε為微應(yīng)變(1ε = IO6 μ ε ) , pm 為波長單位(lpm = 10-12m)。如上所述，被測壓力的變化最終轉(zhuǎn)化為光纖布拉格光柵(FBG) 3中心波長的漂移， 經(jīng)過適當(dāng)?shù)男盘柦庹{(diào)就可以從波長信號還原被測壓力信號。
權(quán)利要求
一種礦用光纖布拉格光柵負壓傳感器，包括殼體，其特征在于殼體一側(cè)開口，開口內(nèi)密封設(shè)置有一應(yīng)變薄膜，殼體內(nèi)設(shè)有一與應(yīng)變薄膜相垂直的彈性桿，所述彈性桿一端與應(yīng)變薄膜接觸，另一端穿過殼體側(cè)面露在外部，殼體內(nèi)的彈性桿上設(shè)有光纖布拉格光柵，光纖布拉格光柵通過光纖與殼體外的解調(diào)裝置相連；所述殼體開口處與應(yīng)變薄膜之間區(qū)域為負壓區(qū)，殼體內(nèi)其余區(qū)域與外界連通，為常壓區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用光纖布拉格光柵負壓傳感器，其特征在于所述應(yīng)變薄 膜為金屬應(yīng)變薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用光纖布拉格光柵負壓傳感器，其特征在于所述彈性桿 通過螺紋與殼體側(cè)面緊固連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦用光纖布拉格光柵負壓傳感器，包括殼體，殼體一側(cè)開口，開口內(nèi)密封設(shè)置有一應(yīng)變薄膜，殼體內(nèi)設(shè)有一與應(yīng)變薄膜相垂直的彈性桿，所述彈性桿一端與應(yīng)變薄膜接觸，另一端穿過殼體側(cè)面露在外部，殼體內(nèi)的彈性桿上設(shè)有光纖布拉格光柵，光纖布拉格光柵通過光纖與殼體外的解調(diào)裝置相連；所述殼體開口處與應(yīng)變薄膜之間區(qū)域為負壓區(qū)，殼體內(nèi)其余區(qū)域與外界連通，為常壓區(qū)。本發(fā)明的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)更加簡單?？梢赃h程測量，光信號可在光纖中以極低的損耗遠距離傳輸。抗電磁干擾，電信號不受測量現(xiàn)場惡劣電磁環(huán)境的干擾。易于形成傳感網(wǎng)絡(luò)，可以將多個探頭組成傳感網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一使用同一套解調(diào)系統(tǒng)。
文檔編號G01L1/24GK101936792SQ20101029357
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者胡德波, 蔣奇 申請人:山東大學(xué)