專(zhuān)利名稱(chēng)：基于波紋管和等強(qiáng)度懸臂梁的差動(dòng)式雙光纖Bragg光柵滲壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于波紋管和等強(qiáng)度懸臂梁的差動(dòng)式封裝結(jié)構(gòu)的雙光纖Bragg光柵滲壓傳感器，屬光電子測(cè)量器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
滲壓傳感器是在巖土工程中用于測(cè)量孔隙壓力的一種壓力測(cè)量?jī)x器?？紫秹毫纯紫读黧w所承受的壓力，其產(chǎn)生的主要原因包括孔隙水的自重形成的滲流場(chǎng)和作用在土體單元上的總應(yīng)力的變化。由于具有波長(zhǎng)編碼以及質(zhì)輕、耐久、電絕緣等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)基于光纖Bragg光柵的測(cè)量方案發(fā)展迅速。由于光纖Bragg光柵對(duì)溫度敏感，因此在檢測(cè)其他物理量時(shí)要去除溫度的影響，保證實(shí)際應(yīng)用中滲壓測(cè)量的精度。目前典型的與本實(shí)用新型最接近的光纖Bragg光柵滲壓傳感器為基于平膜片和等強(qiáng)度懸臂梁封裝的滲壓傳感器(參見(jiàn)文獻(xiàn)周智、張廣玉、王丹、歐進(jìn)萍，“一種光纖光柵滲壓計(jì)”，實(shí)用新型專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)，2007年8月，授權(quán)公告號(hào)C^938032)。該技術(shù)采用裝有傳力桿的平膜片與等強(qiáng)度梁的結(jié)構(gòu)對(duì)滲壓進(jìn)行測(cè)量。由于其采用膜片結(jié)構(gòu)，器件組裝要求較高且不宜用于較大量程的滲壓測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于波紋管和等強(qiáng)度懸臂梁的差動(dòng)式雙光纖Bragg光柵滲壓傳感器，可以消除溫度變化對(duì)光纖Bragg光柵測(cè)量的干擾，保障光纖Bragg光柵在實(shí)際滲壓檢測(cè)中的測(cè)量精度。本實(shí)用新型由普通的側(cè)面帶有安裝孔的金屬外殼1、等強(qiáng)度懸臂梁2、波紋管3、透水石4、光纖引出孔5、光纖6、第一光纖Bragg光柵7和第二光纖Bragg光柵8構(gòu)成，透水石4與波紋管3的固定端連接并固定在安裝孔處；波紋管3采用外配合、封閉底的基本結(jié)構(gòu)型式，其開(kāi)放端與側(cè)面帶有安裝孔的金屬外殼1固定、封閉端與等強(qiáng)度懸臂梁2的自由端相連；第一光纖Bragg光柵7和第二光纖Bragg光柵8分別粘貼于等強(qiáng)度懸臂梁2上、下表面中心軸線(xiàn)的對(duì)應(yīng)位置；光纖6通過(guò)光纖引出孔5與外接光纖連接。第一光纖Bragg光柵7和第二光纖Bragg光柵8可以是同一型號(hào)具有相同敏感系數(shù)的光纖Bragg光柵。本實(shí)用新型的工作原理為使用透水石4將波紋管3的開(kāi)放端封閉以隔離外界環(huán)境中的雜質(zhì)，使得波紋管3的內(nèi)腔形成滲壓測(cè)量腔。當(dāng)滲壓作用于滲壓測(cè)量腔時(shí)，波紋管3產(chǎn)生軸向位移并帶動(dòng)等強(qiáng)度懸臂梁2的自由端產(chǎn)生形變。通過(guò)分別粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁2上、下表面中心軸線(xiàn)處的第一光纖Bragg光柵7和第二光纖Bragg光柵8，將等強(qiáng)度懸臂梁2的形變轉(zhuǎn)換為光纖Bragg光柵的中心波長(zhǎng)移位。然后通過(guò)輸入輸出光纖將兩光纖Bragg光柵與信號(hào)處理裝置連接，利用解調(diào)儀得到光纖Bragg光柵中心波長(zhǎng)的移位值。由于兩根光纖Bragg光柵分別粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁上、下表面中心軸線(xiàn)的對(duì)應(yīng)位置上，形成差動(dòng)結(jié)構(gòu)，所以通過(guò)對(duì)光纖Bragg光柵中心波長(zhǎng)移位值的測(cè)量和計(jì)算就可以消除溫度對(duì)系統(tǒng)的影響，從而建立波長(zhǎng)與滲壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)滲壓的精確測(cè)量。本實(shí)用新型的數(shù)學(xué)模型如下當(dāng)對(duì)滲壓測(cè)量腔施加壓強(qiáng)/7時(shí)，波紋管產(chǎn)生軸向位移使等強(qiáng)度懸臂梁產(chǎn)生形變，此時(shí)等強(qiáng)度懸臂梁上表面受拉力，下表面受壓力。由于波紋管為柔性敏感元件，此時(shí)波紋管自由端對(duì)等強(qiáng)度懸臂梁自由端施加的壓力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反作用力反作用于波紋管自由端。分別對(duì)波紋管和等強(qiáng)度懸臂梁進(jìn)行分析可知
權(quán)利要求1.一種基于波紋管和等強(qiáng)度懸臂梁的差動(dòng)式雙光纖Bragg光柵滲壓傳感器，其特征是包括側(cè)面帶有安裝孔的金屬外殼(1)、等強(qiáng)度懸臂梁(2)、波紋管(3)、透水石(4)、光纖引出孔(5)、光纖(6)、第一光纖Bragg光柵(7)、第二光纖Bragg光柵(8);透水石(4)與波紋管(3)的固定端連接并固定在安裝孔處，波紋管(3)采用外配合、封閉底的基本結(jié)構(gòu)型式，其開(kāi)放端與側(cè)面帶有安裝孔的金屬外殼(1)固定、封閉端與等強(qiáng)度懸臂梁(2)的自由端相連，第一光纖Bragg光柵(7)、第二光纖Bragg光柵(8)分別粘貼于等強(qiáng)度懸臂梁(2)上、下表面中心軸線(xiàn)的對(duì)應(yīng)位置，光纖(6 )通過(guò)光纖引出孔(5 )與外接光纖連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)式雙光纖Bragg光柵滲壓傳感器，其特征是第一光纖Bragg光柵(7)、第二光纖Bragg光柵(8)是同一型號(hào)具有相同敏感系數(shù)的光纖Bragg光柵。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種差動(dòng)式光纖Bragg光柵滲壓傳感器，屬光電子測(cè)量器件技術(shù)領(lǐng)域。它由普通的側(cè)面帶有安裝孔的金屬外殼、等強(qiáng)度懸臂梁、波紋管、透水石、光纖引出孔、光纖、兩個(gè)光纖Bragg光柵構(gòu)成；透水石與波紋管的固定端連接并固定在安裝孔處；波紋管采用外配合、封閉底的基本結(jié)構(gòu)型式，其開(kāi)放端與側(cè)面帶有安裝孔的金屬外殼固定、封閉端與等強(qiáng)度懸臂梁固定；兩個(gè)光纖Bragg光柵分別粘貼于等強(qiáng)度懸臂梁上、下表面中心軸線(xiàn)的對(duì)應(yīng)位置；光纖通過(guò)光纖引出孔與外接光纖連接。波紋管和等強(qiáng)度懸臂梁構(gòu)成雙增敏結(jié)構(gòu)，提高了光纖Bragg光柵的測(cè)量靈敏度，采用現(xiàn)有的差動(dòng)溫度補(bǔ)償方法來(lái)解決光纖Bragg光柵的應(yīng)變、溫度交叉敏感問(wèn)題，克服了溫度變化對(duì)測(cè)量的影響，在溫度變化后不需要反復(fù)標(biāo)定，保障光纖Bragg光柵在實(shí)際應(yīng)用中滲壓測(cè)量的精度，實(shí)現(xiàn)滲壓的精確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01L1/24GK202329886SQ20112033730
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者李川, 李得利 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)