可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，包括：接頭、過濾網(wǎng)、底座、外殼、波紋管、光纖光柵一、光纖光柵二、光纖、光纜接頭、鎧裝光纜、支柱、法蘭盤、用于保護(hù)密封膠密封部位到光纜接頭部位光纖的外殼蓋以及用于施加預(yù)應(yīng)力的應(yīng)變梁；本實(shí)用新型適用于油氣管線、城市地下煤氣、熱力、供水、油罐、輸油管線等管網(wǎng)壓力安全監(jiān)測方面，消除了電子傳感器本身帶電，本質(zhì)不安全的隱患，同時(shí)相在容量上也有了大的提升；應(yīng)用于煤巖體瓦斯壓力實(shí)時(shí)在線監(jiān)測方面，避免了只監(jiān)測單一數(shù)據(jù)所帶來的誤差，提高了系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確度，在節(jié)省人力、物力和時(shí)間的同時(shí)，又避免人員到現(xiàn)場可能帶來的危險(xiǎn)。
【專利說明】可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種傳感器，尤其涉及一種高精度可實(shí)現(xiàn)正壓、負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)的光纖光柵壓力傳感器，特別適用于煤礦安全監(jiān)測瓦斯壓力監(jiān)測以及化工管道壓力監(jiān)測。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國石油、化工、煤炭、冶金等行業(yè)的快速發(fā)展，伴隨著工業(yè)生產(chǎn)而產(chǎn)生的各種可燃有毒氣體作業(yè)場所也在不斷增加。尤其是石油、化工、冶金等企業(yè)生產(chǎn)過程和儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)都可能發(fā)生可燃、有毒氣體的泄漏，為了避免易燃易爆氣(液)體泄漏發(fā)生事故，采用了電子傳感器監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，用電子傳感器監(jiān)控易燃易爆燃?xì)?液)體的最大不足是傳感器使用壽命短，特別是電子傳感器不屬本質(zhì)安全型，在監(jiān)控隱患的的同時(shí)又設(shè)置了一個(gè)隱患。
[0003]煤礦方面，在瓦斯壓力監(jiān)測方面也存在手段單一，需要專門的人員到現(xiàn)場進(jìn)行巡檢，浪費(fèi)人力資源，同時(shí)又增加了人員巡檢時(shí)的危險(xiǎn)性。因此，可靠、安全的傳感器在油氣管線、城市地下煤氣、熱力、供水、油罐、輸油管線等管網(wǎng)壓力安全監(jiān)測方面以及煤礦瓦斯壓力監(jiān)測方面愈顯重要。
[0004]現(xiàn)有的壓力傳感器中，法布里帕羅腔結(jié)構(gòu)形式的壓力傳感器，以F-P腔作為敏感元件進(jìn)行壓力檢測。其中，毛細(xì)管式結(jié)構(gòu)存在玻璃焊接難度大，漂移量大、重復(fù)性差、使用壽命差的缺點(diǎn)；彈簧片式存在封裝難度大、重復(fù)性差、膜片的均勻性不易控制，批量生產(chǎn)難的缺點(diǎn)；MEMS芯片式存在光纖耦合難度大，封裝難的缺點(diǎn)。
[0005]光纖光柵結(jié)構(gòu)形式的壓力傳感器，以光纖光柵作為敏感元件，進(jìn)行壓力檢測。其中，波登管式存在分辨率差，波登管加工精度要求高、光纖光柵封裝難度大、漂移量大的缺點(diǎn)；圓筒薄壁結(jié)構(gòu)存在分辨率差、小量程傳感器存在尺寸太大、靈敏度低、很難實(shí)現(xiàn)負(fù)壓監(jiān)測等缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是為了解決上述問題，提出了一種高精度可實(shí)現(xiàn)正壓、負(fù)壓檢測的光纖光柵壓力傳感器，該光纖光柵壓力傳感器，由于本身不帶電，本質(zhì)安全，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，可用于易燃易爆等具有危險(xiǎn)性的場合的壓力監(jiān)測。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，包括:接頭、過濾網(wǎng)、底座、外殼、波紋管、光纖光柵一、光纖光柵二、光纖、光纜接頭、鎧裝光纜、支柱、法蘭盤、用于保護(hù)密封膠密封部位到光纜接頭部位光纖的外殼蓋以及用于粘接光纖光柵并施加預(yù)應(yīng)力的應(yīng)變梁。
[0009]所述接頭與外殼密封連接；過濾網(wǎng)、底座、外殼、波紋管、應(yīng)變梁、光纖光柵一、光纖光柵二、光纖、支柱和法蘭盤設(shè)置在外殼內(nèi)部；波紋管與法蘭盤通過焊接密封，并固定在一起，法蘭盤固定在底座上，底座與法蘭盤之間密封連接；所述底座與外殼密封連接，過濾網(wǎng)設(shè)置在底座開口端與接頭內(nèi)部之間，并通過接頭固定。
[0010]所述光纖光柵一與光纖光柵二固定在應(yīng)變梁兩側(cè)；應(yīng)變梁固定在支柱上端；支柱下端插入底座開孔內(nèi)，應(yīng)變梁與支柱之間通過調(diào)整螺絲固定。
[0011]光纖一端為光纖光柵并固定在應(yīng)變梁上，另一端依次穿過外殼、光纜接頭進(jìn)入鎧裝光纜；光纖與外殼連接的部位用密封膠密封固定密封，外殼蓋與外殼密封連接，外殼蓋通過光纜接頭連接鎧裝光纜。
[0012]所述接頭包括卡套接口式接頭、標(biāo)準(zhǔn)式接頭、置入式接頭三種，根據(jù)需要可更換。
[0013]所述卡套接口式接頭的安裝管件包括:錐形頭、喉箍、防塵網(wǎng)、篩孔管、連接頭、卡套接頭、連接管、卡套式三通接頭、截止閥、液壓表三通和液壓表。
[0014]錐形頭尾端插入篩孔管，篩孔管與防塵網(wǎng)之間通過喉箍固定，篩孔管與連接頭焊接在一起，連接頭通過卡套接頭與連接管連接，卡套式三通接頭一端接連接管、另一端連接截止閥、第三端經(jīng)過另一截止閥接至出水口，液壓表三通一端與截止閥連接、另一端連接至傳感器主體部分，液壓表與液壓表三通密封連接。
[0015]所述連接管設(shè)置成多段，用以導(dǎo)氣及排水。
[0016]所述波紋管材料為1(；18隊(duì)91\、鈹青銅、錫青銅或其它材料。
[0017]通過調(diào)整波紋管厚度、波紋管層數(shù)、波紋管有效波數(shù)或波紋管尺寸，能夠改變傳感器的靈敏度和正壓量程。
[0018]通過調(diào)整應(yīng)變梁寬度、厚度可調(diào)整初始預(yù)應(yīng)力的大小，在裝配時(shí)通過調(diào)整預(yù)應(yīng)力的大小，可調(diào)整傳感器負(fù)壓量程。
[0019]應(yīng)變梁與支柱在裝配時(shí)，支柱下端插入底座開孔內(nèi)，應(yīng)變梁通過調(diào)整螺絲固定在支柱上端，應(yīng)變梁頭部與波紋管頂部接觸，對應(yīng)變梁和波紋管施加預(yù)應(yīng)力，讓支柱進(jìn)一步插入底座，使應(yīng)變梁與波紋管接觸部分與支柱之間發(fā)生撓曲應(yīng)變，然后將調(diào)整螺絲擰緊；通過調(diào)節(jié)應(yīng)變梁與波紋管之間的預(yù)應(yīng)力的大小可改變撓曲應(yīng)變大小，進(jìn)而能夠調(diào)節(jié)傳感器負(fù)壓測量量程；
[0020]傳感器封裝后經(jīng)過高精度負(fù)壓變送器和活塞式壓力計(jì)標(biāo)定，得到波長與壓力之間的線性關(guān)系，通過解調(diào)波長變化直接監(jiān)測壓力變化。
[0021 ] 傳感器封裝后通過下式進(jìn)行標(biāo)定:
I I … _ , kPS
[0022] —
[0023]其中，XbSfbg中心波長，δ λΒ1和δ λΒ2分別為光纖光柵一與光纖光柵二中心波長的變化量，P為壓強(qiáng)；通過上式計(jì)算出￥，即可得到波長與壓力之間的線性關(guān)系。

K
[0024]傳感器工作原理:
[0025]壓力為正值時(shí)(正壓):
[0026]當(dāng)氣體或者液體通過接頭內(nèi)部通道，通過過濾網(wǎng)過濾后，經(jīng)底座通道到達(dá)波紋管內(nèi)部，壓力變化會(huì)使波紋管在軸向方向發(fā)生形變，波紋管形變會(huì)推動(dòng)緊貼在波紋管上部的應(yīng)變梁發(fā)生撓曲形變，應(yīng)變梁發(fā)生撓曲形變的同時(shí)，粘接在應(yīng)變梁上下兩側(cè)的FBG也會(huì)發(fā)生形變，從而導(dǎo)致FBG中心波長發(fā)生形變，由于之前的標(biāo)定7已知，可以得出目前傳感器


K內(nèi)部的壓力值(壓強(qiáng)值)。
[0027]壓力為負(fù)值時(shí)(負(fù)壓):
[0028]當(dāng)初始壓力為零，傳感器內(nèi)部初始壓力為零，當(dāng)傳感器測量設(shè)備內(nèi)部壓力為負(fù)壓時(shí)，傳感器內(nèi)部密閉空間壓強(qiáng)減小，由于在傳感器封裝時(shí)，事先給應(yīng)變梁與波紋管一個(gè)預(yù)應(yīng)力使其變形，因此原本在初始位置(施加預(yù)應(yīng)力之后的形變位置)的波紋管，會(huì)因內(nèi)部壓力的減小高度會(huì)隨之下降，從而導(dǎo)致FBG波長發(fā)生變化，進(jìn)而可以得出目前傳感器內(nèi)部的壓力值(壓強(qiáng)值)。
[0029]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0030]1.本實(shí)用新型適用于油氣管線、城市地下煤氣、熱力、供水、油罐、輸油管線等管網(wǎng)壓力安全監(jiān)測方面，消除了電子傳感器本身帶電，本質(zhì)不安全的隱患，同時(shí)相對電子傳感器，在容量上也有了大的提升。
[0031 ] 2.本實(shí)用新型應(yīng)用于煤巖體瓦斯壓力實(shí)時(shí)在線監(jiān)測方面，避免了只監(jiān)測單一數(shù)據(jù)所帶來的誤差，提高了系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確度，遠(yuǎn)程在線監(jiān)測功能的實(shí)現(xiàn)，在節(jié)省人力、物力和時(shí)間的同時(shí)，又避免人員到現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測可能帶來的人身危險(xiǎn)。
[0032]3.本實(shí)用新型根據(jù)實(shí)際使用要求可通過選擇傳感器靈敏度以及量程。改變波紋管材料、波紋管材料厚度，波紋管直徑，波紋管的層數(shù)、波紋管有效波數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對傳感器靈敏度及正壓量程的調(diào)整，通過調(diào)整裝配時(shí)對波紋管以及應(yīng)變梁預(yù)應(yīng)力的大小，可調(diào)整傳感器負(fù)壓量程的調(diào)整。
[0033]4.本實(shí)用新型傳感器檢測容量大，根據(jù)實(shí)際安裝要求可選擇多種配套連接接頭，以適應(yīng)工程需求；傳感器結(jié)構(gòu)相對簡單，零部件加工方便，節(jié)約成本。
[0034]5.傳感器以光波為信息載體，不受電磁干擾，可在強(qiáng)電磁場環(huán)境下數(shù)據(jù)采集；信號(hào)通過光纜傳輸，信號(hào)衰減小，傳輸距離遠(yuǎn)。
[0035]6.傳感器本身采用防火、耐腐蝕材料，強(qiáng)度剛度高，不易損壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為帶有卡套接口式接頭的光纖光柵壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為帶有標(biāo)準(zhǔn)接頭的光纖光柵壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3為帶有置入式接頭的光纖光柵壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4為傳感器主體正面剖視圖；
[0040]圖5為卡套接口式接頭配套連接結(jié)構(gòu)整體裝配圖；
[0041]圖6為卡套接口式接頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖7為標(biāo)準(zhǔn)接頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖8為置入式接頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖9(a)為傳感波紋管與應(yīng)變梁裝配未發(fā)生撓曲應(yīng)變示意圖；
[0045]圖9(b)為傳感波紋管與應(yīng)變梁裝配發(fā)生撓曲應(yīng)變示意圖；
[0046]圖10為傳感器波長差與壓力值的線性關(guān)系圖。
[0047]其中，Γ.卡套接口式接頭，I’’.標(biāo)準(zhǔn)接頭，I’’’.置入式接頭，2.過濾網(wǎng)，3.底座，
4.外殼,5.波紋管,6.應(yīng)變梁,7.光纖光柵一,8.光纖光柵二,9.光纖，10.外殼蓋,11.光纜接頭，12.鎧裝光纜，13.密封膠，14.密封圈，15.調(diào)整螺絲，16.支柱，17.法蘭盤，18.固定螺絲，19.錐形頭，20.喉箍，21.防塵網(wǎng)，22.篩孔管，23.連接頭，24.卡套接頭，25.連接管，26.卡套式三通接頭，27.截止閥，28.液壓表三通，29.液壓表。

【具體實(shí)施方式】
:
[0048]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明:
[0049]如圖1-圖4所示，一種可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，傳感器主體部分包括:
[0050]卡套接口式接頭1’，連接配套連接結(jié)構(gòu)后，用于檢測煤層瓦斯壓力。
[0051]標(biāo)準(zhǔn)式接頭I’’，可直接連接到要測量壓力管道上。
[0052]置入式接頭1’’’，可直接放置于要測量壓力密閉空間內(nèi)。
[0053]過濾網(wǎng)2，為粉末冶金燒結(jié)網(wǎng)，用于過濾氣體以及液體雜質(zhì)防止傳感器內(nèi)部堵塞。
[0054]底座3，為波紋管、法蘭盤和支柱提供固定平臺(tái)。
[0055]外殼4，用來營造密閉空間，同時(shí)起到保護(hù)傳感器內(nèi)部構(gòu)件的作用。
[0056]波紋管5，材料為ICrlSN1Tp鈹青銅、錫青銅或其它材料，波紋管5厚度可調(diào)，波紋管5層數(shù)由I到多層可選，波紋管5有效波數(shù)以及尺寸可選。可根據(jù)實(shí)際需求對波紋管5各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同壓力不同環(huán)境需要。
[0057]應(yīng)變梁6，上下兩側(cè)均可粘接固定光纖光柵，為光纖光柵粘接提供粘接平臺(tái)。
[0058]光纖光柵一 7和光纖光柵二 8 (以下簡稱為FBG1、FBG2),中心波長不同，為分別位于應(yīng)變梁上下兩側(cè)。
[0059]光纖9，光纖上串有兩個(gè)中心波長不同的FBG。
[0060]外殼蓋10，保護(hù)密封膠密封部位光纖到光纜接頭部位的光纖。
[0061]光纜接頭11，用來連接固定光纜與傳感器。
[0062]鎧裝光纜12，用來連接傳感器與解調(diào)儀。
[0063]密封膠13為353ND膠與704膠的合稱，密封時(shí)，先將光纖出纖口部位用704膠粘堵，然后灌滿353ND膠，然后進(jìn)行固化，固化溫度及時(shí)間需按規(guī)定要求進(jìn)行，以保證其良好的密封性。
[0064]密封圈14四個(gè)，為不同型號(hào)的O型圈，材料為丁腈，用于各部件之間的密封。
[0065]調(diào)整螺絲15，用來固定支柱，為標(biāo)準(zhǔn)件。
[0066]固定螺絲19四個(gè)，用于法蘭盤與底座的連接固定，為標(biāo)準(zhǔn)件。
[0067]支柱16，用來固定和調(diào)整應(yīng)變梁，通過支柱伸入底座上開孔的長度，調(diào)整應(yīng)變梁與波紋管之間預(yù)緊力大小，進(jìn)而調(diào)整應(yīng)變梁發(fā)生撓曲應(yīng)變的大小，以此來調(diào)節(jié)傳感器的負(fù)壓
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[0068]波紋管5與法蘭盤17之間通過焊接連接及密封。
[0069]接頭與外殼4為螺紋連接，兩者之間有密封圈進(jìn)行密封；過濾網(wǎng)2、底座3、外殼4、波紋管5、應(yīng)變梁6、光纖光柵一 7、光纖光柵二 8、光纖9、密封膠13、密封圈14、調(diào)整螺絲15、支柱16、法蘭盤17、固定螺絲18設(shè)置在外殼內(nèi)部；波紋管5與法蘭盤17之間焊接連接，焊接后的法蘭盤17通過固定螺絲18固定在底座3上，底座3與法蘭盤17之間有密封圈14進(jìn)行密封；光纖光柵一 7與光纖光柵二 8固定在應(yīng)變梁6兩側(cè)；應(yīng)變梁6通過螺釘固定在支柱16上端同時(shí)應(yīng)變梁6頭部與波紋管5頂部接觸并通過調(diào)整支柱16插入底座3開孔的深度，施加一定預(yù)應(yīng)力壓緊波紋管5 ;支柱16下端插入底座3開孔內(nèi)，通過調(diào)整螺絲15將施加預(yù)應(yīng)力的應(yīng)變梁6與支柱16進(jìn)行固定；底座3通過螺紋連接固定在外殼4上，底座3與外殼4之間有密封圈14進(jìn)行密封；過濾網(wǎng)2安置于底座3開口端與接頭內(nèi)部之間，并通過接頭固定；光纖9 一端為光纖光柵并固定在應(yīng)變梁6上，另一端依次穿過外殼4、光纜接頭11進(jìn)入鎧裝光纜12 ;光纖9與外殼4連接的部位用密封膠13密封固定密封，外殼蓋10用于保護(hù)密封膠13密封部位到光纜接頭11部位的光纖9 ;外殼蓋10與外殼4螺紋連接，之間有密封圈14進(jìn)行密封，外殼蓋10通過光纜接頭11連接鎧裝光纜12。
[0070]應(yīng)變梁6與FBG之間粘接固定前需將應(yīng)變梁6進(jìn)行超聲波清洗，以保證粘接表面干凈，從而保證應(yīng)變梁6與FBG之間結(jié)合緊密可靠。
[0071]應(yīng)變梁6與波紋管5上部裝配時(shí)，需要對應(yīng)變梁6施加預(yù)應(yīng)力，通過調(diào)整支柱16插入底座3上開孔的深度來調(diào)整應(yīng)變梁6與波紋管5接觸部分與支柱16之間變形，使應(yīng)變梁6與波紋管5接觸部分發(fā)生撓曲應(yīng)變，如圖9(a)和圖9(b)所示。
[0072]應(yīng)變梁6與波紋管5上部裝配時(shí)，可通過調(diào)節(jié)應(yīng)變梁6與波紋管5之間的預(yù)應(yīng)力來調(diào)節(jié)負(fù)壓量程。
[0073]如圖5所示，卡套接口式接頭I’配套安裝接頭管件部分包括:錐形頭19、喉箍20、防塵網(wǎng)21、篩孔管22、連接頭23、卡套接頭24、連接管25、卡套式三通接頭26、截止閥27、液壓表三通28、液壓表29。
[0074]其中，錐形頭19，在安裝連接結(jié)構(gòu)時(shí)起到導(dǎo)向作用，材料為電木；喉箍20，用來將防塵網(wǎng)緊緊固定在篩孔管上，材料為304不銹鋼；防塵網(wǎng)21，為150目的鋼網(wǎng)，纏繞在篩孔管上，起到防塵作用，材料為304不銹鋼；篩孔管22，為防塵網(wǎng)的固定平臺(tái)，同時(shí)起到支撐防塵網(wǎng)的作用，材料為304不銹鋼；連接頭23，用來連接篩孔管22以及連接管25，材料為304不銹鋼；連接管25，用來導(dǎo)氣或排水，材料為304無縫不銹鋼管，耐壓值在1MPa以上；卡套接頭24多個(gè)，用來連接及密封各連接頭，材料為304不銹鋼，耐壓值在1MPa以上；卡套式三通接頭26，用來連接以及分流作用，材料為304不銹鋼，耐壓值在1MPa以上；截止閥27兩個(gè)，用來控制氣體以及液體通斷，主體材料為304不銹鋼，密封壓力在1MPa以上；液壓表三通28，用來連接液壓表以及導(dǎo)氣管，材料為304不銹鋼，耐壓值在1MPa以上；液壓表29，用來顯示管道內(nèi)壓力，對光纖光柵式傳感器作補(bǔ)充，為現(xiàn)場井下人員提供信息。
[0075]錐形頭19與篩孔管22之間通過螺釘連接；篩孔管22與防塵網(wǎng)21之間通過三只喉箍20固定；篩孔管22與連接頭23之間通過焊接連接；液壓表29與液壓表三通28之間通過螺紋連接，兩者之間有密封圈進(jìn)行密封。
[0076]為方便視圖，A-B之間防塵網(wǎng)未予畫圖；C端為排水口山端為傳感器主體部分。
[0077]標(biāo)準(zhǔn)式接頭I’ ’可與設(shè)備管道等標(biāo)準(zhǔn)接頭連接，進(jìn)行壓力(正壓負(fù)壓)檢測。
[0078]置入式接頭I’ ’ ’，與傳感器主體連接后，可整體放入要測量密閉空間，進(jìn)行壓力(正壓負(fù)壓)檢測。
[0079]三種接頭的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6-圖8所示，
[0080]卡套接口式接頭I ’與配套連接設(shè)備之間密封方式采用金屬錐面密封，其密封原理與卡套接頭密封原理相同，在高壓以及超高真空環(huán)境中，可獲得很好的密封效果。
[0081]標(biāo)準(zhǔn)式接頭I’ ’，螺紋可選擇M20X1.5或者標(biāo)準(zhǔn)各尺寸的密封管螺紋使之與大部分設(shè)備連接接頭配套，連接方便快捷，與相關(guān)設(shè)備連接密封形式一般選用ο型圈密封方式或者管螺紋密封方式。
[0082]置入式接頭I’’’，僅與傳感器主體連接，傳感器使用時(shí)可整體放入要測量密閉空間，例如液體或者氣體內(nèi)，進(jìn)行壓力監(jiān)測，或放入液體中進(jìn)行液位監(jiān)測。
[0083]具體計(jì)算公式如下:
[0084]根據(jù)已有技術(shù)和資料已知溫度和應(yīng)變對應(yīng)變梁共同產(chǎn)生的波長變化Λ λΒ =
0.74 λ Β ε Β，其中λ Β為FBG中心波長，ε Β為應(yīng)變。即:
[0085]εΒ =(I)

0.74λ"
[0086]形變產(chǎn)生后，兩根光柵的應(yīng)變分別為:
[0087]ε Bi = ε τ+ ε μ(2)
[0088]ε Β2 — ε τ— ε Μ(3)
[0089]其中ε τ為溫度影響導(dǎo)致的應(yīng)變，εΜ為撓曲導(dǎo)致的應(yīng)變。
[0090]由式(2)和式(3)得:
[0091]εΜ =-(εΒι-εΒ2)(I)
[0092]由式(I)知
[0093]Sm = Α , X\(^si ~ΑΛ8 ){b)

U./4/lg I
[0094]光纖光柵波長變化~ΑΛβ2)與撓曲應(yīng)變?chǔ)?Μ成線性且一一對應(yīng)關(guān)系。
[0095]同時(shí)，溫度對同種環(huán)境下的光柵產(chǎn)生的應(yīng)變相同，都為ετ，通過式(I)式(2)和式
(3)結(jié)合，我們消除了 ετ，從而消除了溫度對所需測量結(jié)果ε Μ的影響。
[0096]撓曲應(yīng)變?chǔ)?Μ可簡化為液體或者氣體對傳感器內(nèi)部波紋管軸向形變量乘以一個(gè)系數(shù)
[0097]ε M = k.X(6)
[0098]式中k為系數(shù)，X為波紋管軸向形變量
[0099]根據(jù)胡克定律
[0100]F = K.X(7)
[0101]K為物體的勁度(倔強(qiáng))系數(shù)，X為彈性形變值。物體的勁度(倔強(qiáng))系數(shù)與波紋管的材質(zhì)、厚度、層數(shù)、直徑以及有效波數(shù)等有關(guān)，當(dāng)確定好波紋管型號(hào)時(shí)，其勁度系數(shù)K也隨之確定。
[0102]根據(jù)壓力壓強(qiáng)換算公式
[0103]F = P.S(8)
[0104]其中P為壓強(qiáng)，S為受力面積。
[0105]由式(5)、式(6)、式(7)、式(8)得出:
II …r 、 kPS
[0106]Su = X-(AAm - AAb2) = —-{9)
U./4/ig IK
[0107]傳感器封裝后經(jīng)過高精度負(fù)壓變送器和活塞式壓力計(jì)標(biāo)定(通過壓強(qiáng)P進(jìn)行標(biāo)I Γ*
定,FBG波長及波長變化由解調(diào)儀解調(diào))，Ρ、λ Β、Λ λΒ1> Δ λ Β2均已知，因此可求出γ，且f



ArSt
為確定的常數(shù)，因此在求出Y后，我們可以通過解調(diào)波長變化直接監(jiān)測壓力(壓強(qiáng))變化，
同時(shí)，進(jìn)一步明確了可以通過改變波紋管的型號(hào)(包括材質(zhì)、厚度、層數(shù)、直徑以及有效波數(shù)等)來改變傳感器的靈敏度及量程。傳感器波長差與壓力值的線性關(guān)系圖如圖10所示。
[0108]傳感器卡套接口式接頭I’配套連接結(jié)構(gòu)安裝使用說明:
[0109]使用時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)《AQ/T1047-2007煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》，采用主動(dòng)測壓方法。
[0110]首先進(jìn)行打孔，然后將事先裝配好的錐形頭19、篩孔管22、防塵網(wǎng)21、喉箍20等送入孔內(nèi)，然后依次用連接管25及卡套接頭24進(jìn)行延長至合適位置，然后將連接頭23以下至打孔孔口以上部位進(jìn)行密封，為連接頭23上端與煤層之間營造一個(gè)密封的空間。最后將卡套式三通26、截止閥27、液壓表三通28、液壓表29、傳感器等進(jìn)行相應(yīng)連接。當(dāng)密封空間有積水時(shí)，可通過放水口端的截止閥27對密封空間內(nèi)的水進(jìn)行放水，排出水壓，使測量瓦斯氣體壓力更加準(zhǔn)確。
[0111]上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其特征是，包括:接頭、過濾網(wǎng)、底座、外殼、波紋管、光纖光柵一、光纖光柵二、光纖、光纜接頭、鎧裝光纜、支柱、法蘭盤、用于保護(hù)密封膠密封部位到光纜接頭部位光纖的外殼蓋以及用于粘接光纖光柵并施加預(yù)應(yīng)力的應(yīng)變梁； 所述接頭與外殼密封連接；過濾網(wǎng)、底座、外殼、波紋管、應(yīng)變梁、光纖光柵一、光纖光柵二、光纖、支柱和法蘭盤設(shè)置在外殼內(nèi)部；波紋管與法蘭盤通過焊接密封，并固定在一起，法蘭盤固定在底座上，底座與法蘭盤之間密封連接；所述底座與外殼密封連接，過濾網(wǎng)設(shè)置在底座開口％5與接頭內(nèi)部之間，并通過接頭固定； 所述光纖光柵一與光纖光柵二固定在應(yīng)變梁兩側(cè)；應(yīng)變梁固定在支柱上端；支柱下端插入底座開孔內(nèi)，應(yīng)變梁與支柱之間通過調(diào)整螺絲固定； 光纖一端為光纖光柵并固定在應(yīng)變梁上，另一端依次穿過外殼、光纜接頭進(jìn)入鎧裝光纜；光纖與外殼連接的部位用密封膠密封固定密封，外殼蓋與外殼密封連接，外殼蓋通過光纜接頭連接鎧裝光纜。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其特征是，所述接頭包括卡套接口式接頭、標(biāo)準(zhǔn)式接頭、置入式接頭三種，根據(jù)需要可更換。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其特征是，所述卡套接口式接頭的安裝管件包括:錐形頭、喉箍、防塵網(wǎng)、篩孔管、連接頭、卡套接頭、連接管、卡套式三通接頭、截止閥、液壓表三通和液壓表； 錐形頭尾端插入篩孔管，篩孔管與防塵網(wǎng)之間通過喉箍固定，篩孔管與連接頭焊接在一起，連接頭通過卡套接頭與連接管連接，卡套式三通接頭一端接連接管、另一端連接截止閥、第三端經(jīng)過另一截止閥接至出水口，液壓表三通一端與截止閥連接、另一端連接至傳感器主體部分，液壓表與液壓表三通密封連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其特征是，所述連接管設(shè)置成多段，用以導(dǎo)氣及排水。
5.如權(quán)利要求1所述的一種可實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓監(jiān)測的波紋管結(jié)構(gòu)光纖光柵壓力傳感器，其特征是，所述波紋管的材料為1(；18隊(duì)91\、鈹青銅或錫青銅中的一種。
【文檔編號(hào)】G01L11/02GK203965088SQ201420185292
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】姜龍, 李連慶, 孫劍鋒, 劉統(tǒng)玉 申請人:山東微感光電子有限公司