專利名稱：拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滲壓和溫度同時(shí)測(cè)量的智能傳感器。具體的說(shuō)是一種具有溫度補(bǔ)償功能 的拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)。
技術(shù)背景目前在隧道、堤壩、地鐵、煤礦和油田等工程領(lǐng)域，大多采用電類滲壓計(jì)測(cè)量空隙水壓 力。傳統(tǒng)的電類滲壓計(jì)測(cè)量精度低，體積大，防水性能差，壽命短，容易放電，并且易受電 磁干擾，嚴(yán)重限制了它的廣泛應(yīng)用。光纖光柵是一種性能優(yōu)良的溫度和應(yīng)力傳感器件，自從人們把光纖光柵用于傳感，光纖 光柵傳感器以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)的電傳感器等提出了全新的挑戰(zhàn)。它與傳統(tǒng)的電傳感器等 相比尤其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)l.傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，適合附著在被測(cè)結(jié)構(gòu)表面也可以 埋入大型結(jié)構(gòu)中，測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變及結(jié)構(gòu)損傷等，穩(wěn)定性高，重復(fù)性好；2.與光 纖之間存在天然的兼容性，易與光纖連接、低損耗、光譜特性好、可靠性高；3.具有非傳導(dǎo) 性，對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小，又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點(diǎn)，適合在煤氣附近、電站、核設(shè) 施、礦井下、油田以及油罐周圍等惡劣、高危險(xiǎn)環(huán)境中工作；4.光纖輕巧柔軟，可以在一根 光纖中寫入多個(gè)光柵，構(gòu)成傳感陣列，與波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用等復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、 分布式傳感；5.測(cè)量信息是波長(zhǎng)編碼的，所以光纖光柵傳感器不受光源的光強(qiáng)波動(dòng)、光纖損 耗等因素的影響，有較強(qiáng)的抗干擾能力；6.高靈敏度、高分辯力。在實(shí)際工程領(lǐng)域，要求長(zhǎng)期準(zhǔn)確地檢測(cè)孔隙水壓力，目前關(guān)于基于波紋膜片的高靈敏度 光纖光柵滲壓傳感器的報(bào)道很少，并且未見相關(guān)專利。 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，提供一種測(cè)量精度高，體積小，具有良好 的防水性能，抗電磁千擾，并且可以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，包括殼體，殼體兩端分別設(shè)有帶孔的端蓋，殼體內(nèi)一端與 端蓋之間設(shè)有壓力膜片，殼體內(nèi)壁上設(shè)有光柵支撐架，殼體內(nèi)設(shè)有一壓力導(dǎo)桿；壓力導(dǎo)桿一 端與壓力膜片粘結(jié)，另一端與壓力測(cè)量光柵一端固定連接；壓力測(cè)量光柵另一端固定在光柵 支撐架上；光柵支撐架上設(shè)有溫度補(bǔ)償光柵，溫度補(bǔ)償光柵的另一端處于自由狀態(tài)；壓力測(cè) 量光柵和溫度補(bǔ)償光柵均通過(guò)光纖經(jīng)殼體一端端蓋的孔中引出。所述其中一個(gè)端蓋上設(shè)有一個(gè)光纖引出孔，另一個(gè)端蓋上設(shè)有若干進(jìn)壓孔，進(jìn)壓孔上有過(guò)濾網(wǎng)；兩端蓋與殼體之間均設(shè)有0型密封圈。。 所述兩個(gè)端蓋均通過(guò)螺紋與殼體兩端連接。 所述壓力膜片為波紋膜片。所述壓力膜片和殼體之間有一個(gè)彈性0型圈。 所述壓力導(dǎo)桿一端粘結(jié)在壓力膜片的中部。 所述壓力測(cè)量光柵和壓力膜片垂直。 所述壓力導(dǎo)桿為丁字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)?？紫端ㄟ^(guò)進(jìn)壓口進(jìn)入滲壓計(jì)，作用在波紋膜片上，使波紋膜片發(fā)生撓度變形，同時(shí)轉(zhuǎn) 化成集中力作用在壓力導(dǎo)桿上，壓力導(dǎo)桿拉動(dòng)光柵，使壓力測(cè)量光柵在拉力作用下中心波長(zhǎng) 發(fā)生變化。此時(shí)用波長(zhǎng)解調(diào)儀檢測(cè)溫度補(bǔ)償光柵和壓力測(cè)量光柵的中心波長(zhǎng)，并由軟件釆集 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)溫度補(bǔ)償光柵和壓力測(cè)量光柵的溫度響應(yīng)曲線即可實(shí)現(xiàn)滲壓的檢測(cè)。由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明基于全光信號(hào)設(shè)計(jì)，沒有電子器件，因此具有良好的 防水性能，不存在電火花隱患，并且抗電磁干擾。本發(fā)明采用了波紋膜片，并且采用了兩個(gè) 壓力測(cè)量光柵，提高了測(cè)量精度和測(cè)量的可靠性。同時(shí)，本發(fā)明便于組網(wǎng)，并且可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn) 分布式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。


圖1為本發(fā)明光纖光柵滲壓計(jì)的正視剖面圖； 圖2為本發(fā)明光纖光柵滲壓計(jì)的俯視剖面圖；圖3 a、圖3b為本發(fā)明所測(cè)的壓力與壓力測(cè)量光柵中心波長(zhǎng)關(guān)系曲線圖； 圖4a、圖4b為本發(fā)明所測(cè)的溫度與壓力測(cè)量光柵中心波長(zhǎng)關(guān)系曲線圖； 圖5為本發(fā)明所測(cè)的溫度與溫度補(bǔ)償光柵中心波長(zhǎng)關(guān)系曲線圖。其中l(wèi).殼體，2.端蓋，3.光纖引出孔，4.壓力膜片，5.光柵支撐架，6.壓力導(dǎo)桿，7.壓力 測(cè)量光柵，8.溫度補(bǔ)償光柵，9.光纖，IO.進(jìn)壓孔，具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1、圖2中，殼體1兩端分別設(shè)有帶孔的端蓋2，殼體1內(nèi)一端與端蓋2之間設(shè)有壓力 膜片4，可以直接感受進(jìn)壓孔10處的壓力。殼體l內(nèi)壁上設(shè)有光柵支撐架4，殼體l內(nèi)設(shè)有 —壓力導(dǎo)桿6，壓力導(dǎo)桿6 —端與壓力膜片4粘結(jié)，壓力導(dǎo)桿6另一端上與壓力測(cè)量光柵7 一端固定連接，壓力測(cè)量光柵7另一端固定在光柵支撐架5上，光柵支撐架5上設(shè)有溫度補(bǔ) 償光柵8，溫度補(bǔ)償光柵8的另一端處于自由狀態(tài)，壓力測(cè)量光柵7和溫度補(bǔ)償光柵8均通 過(guò)光纖9經(jīng)殼體1一端端蓋2的光纖引出孔3引出。所述其中一個(gè)端蓋上設(shè)有一個(gè)光纖引出孔3，另一個(gè)端蓋2上設(shè)有若干進(jìn)壓孔10，進(jìn)壓孔10上有過(guò)濾網(wǎng)，可以有效阻止泥沙進(jìn)入殼體1內(nèi)；兩端蓋2與殼體1之間均設(shè)有O型密 封圈。所述兩個(gè)端蓋2均通過(guò)螺紋與殼體1兩端連接。 所述壓力膜片4為波紋膜片。所述壓力膜片4和殼體1之間有一個(gè)彈性0型圈。 所述壓力導(dǎo)桿6 —端粘結(jié)在壓力膜片4的中部。所述壓力測(cè)量光柵7和壓力膜片4垂直設(shè)置。壓力測(cè)量光柵7對(duì)稱布置，以確保工作過(guò) 程中壓力導(dǎo)桿6和波紋膜片4垂直，提高測(cè)量精度。 所述壓力導(dǎo)桿6為丁字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)。當(dāng)孔隙水壓作用在滲壓計(jì)進(jìn)壓孔10時(shí)，作用在波紋膜片上，使波紋膜片發(fā)生撓度變形， 其中心產(chǎn)生垂直膜片方向的位移，壓力導(dǎo)桿6也同時(shí)產(chǎn)生相同的位移，因此壓力導(dǎo)桿6拉動(dòng) 光柵，使壓力測(cè)量光柵7在拉力作用下中心波長(zhǎng)發(fā)生變化。本發(fā)明的具體制作過(guò)程為首先，選定中心波長(zhǎng)不同的兩根壓力測(cè)量光柵7和一根溫度 補(bǔ)償光柵8，并將光柵支撐架5對(duì)稱粘在殼體1內(nèi)壁上，將壓力導(dǎo)桿6粘結(jié)在波紋膜片上， 使二者相互垂直。然后，將壓力測(cè)量光柵7和溫度補(bǔ)償光柵8—端分別固定在光柵支撐架5 上，通過(guò)帶進(jìn)壓孔10的端蓋2和殼體1將波紋膜片擠緊，同時(shí)將壓力測(cè)量光柵7的另一端固 定在壓力導(dǎo)桿6上。最后，把光纖9從另一端蓋2上的光纖引出孔3引出，并將帶光纖引出 孔3的端蓋2和殼體1擰緊密封。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，首先在恒溫條件下標(biāo)定壓力測(cè)量光柵7的中心波長(zhǎng)隨壓力的變化關(guān)系，如圖3a、圖3b所示，中心波長(zhǎng)(nm)和壓力(KPa)的線性關(guān)系分別為；^0.0185x + 1543.1 和少=0.01881 + 1553，線性度i 2分別為0.9927和0.9983。這說(shuō)明本發(fā)明是一個(gè)線性度非常好的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并且具有一般性。為了?duì)壓力參數(shù)進(jìn)行有效的溫度補(bǔ)償，分別標(biāo)定了壓力測(cè)量光柵7和溫度補(bǔ)償光柵8的 中心波長(zhǎng)隨溫度的變化關(guān)系，如圖4a、圖4b和圖5所示，中心波長(zhǎng)(nm)和溫度(。C)的線性關(guān)系分別為少=0,0159x +1543.2 、 ;; = 0.0154x + 1552.8和"O馬x + 1548.2 ，線性度/ 2分別為0.9973、 0. 9973和0,9955。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，首先根據(jù)溫度補(bǔ)償光柵8的中心波長(zhǎng)變化情況，測(cè)量待測(cè)點(diǎn)溫度的變化 情況，再根據(jù)壓力測(cè)量光柵7的中心波長(zhǎng)隨溫度的變化關(guān)系消除溫度的影響，最后即可根據(jù) 壓力測(cè)量光柵7的中心波長(zhǎng)隨壓力的變化關(guān)系測(cè)得待測(cè)點(diǎn)的壓力變化情況。為了提高測(cè)量精 度，取壓力測(cè)量光柵7的壓力平均值。通過(guò)以上測(cè)量方法，可以使光纖光柵滲壓計(jì)的檢測(cè)精度達(dá)到O. 1%F.S，有效提高了檢測(cè) 的質(zhì)量和效率。
權(quán)利要求
1.一種拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，其特征在于包括殼體，殼體兩端分別設(shè)有帶孔的端蓋，殼體內(nèi)一端與端蓋之間設(shè)有壓力膜片，殼體內(nèi)壁上設(shè)有光柵支撐架，殼體內(nèi)設(shè)有一壓力導(dǎo)桿，壓力導(dǎo)桿一端與壓力膜片粘結(jié)，另一端與壓力測(cè)量光柵一端固定連接；壓力測(cè)量光柵另一端固定在光柵支撐架上；光柵支撐架上設(shè)有溫度補(bǔ)償光柵，溫度補(bǔ)償光柵的另一端處于自由狀態(tài)；壓力測(cè)量光柵和溫度補(bǔ)償光柵均通過(guò)光纖經(jīng)殼體一端端蓋的孔中引出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，其特征在于所述其中一個(gè)端蓋上設(shè) 有一個(gè)光纖引出孔，另一個(gè)端蓋上設(shè)有若干進(jìn)壓孔，進(jìn)壓孔上有過(guò)濾網(wǎng)；兩端蓋與殼體之間 均設(shè)有O型密封圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，其特征在于所述兩個(gè)端蓋均通過(guò)螺 紋與殼體兩端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，其特征在于所述壓力膜片為波紋膜片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，其特征在于所述壓力膜片和殼體之間有一個(gè)彈性o型圈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，其特征在于所述壓力導(dǎo)桿一端粘結(jié) 在壓力膜片的中部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，其特征在于所述壓力測(cè)量光柵和壓 力膜片垂直。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，其特征在于所述壓力導(dǎo)桿為丁字形 對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種拉桿式光纖光柵滲壓計(jì)，包括殼體，殼體兩端分別設(shè)有帶孔的端蓋，殼體內(nèi)一端與端蓋之間設(shè)有壓力膜片，殼體內(nèi)壁上設(shè)有光柵支撐架，殼體內(nèi)設(shè)有一壓力導(dǎo)桿。壓力導(dǎo)桿一端與壓力膜片粘結(jié)，另一端與壓力測(cè)量光柵一端固定連接；壓力測(cè)量光柵另一端固定在光柵支撐架上；光柵支撐架上設(shè)有溫度補(bǔ)償光柵，溫度補(bǔ)償光柵的另一端處于自由狀態(tài)；壓力測(cè)量光柵和溫度補(bǔ)償光柵均通過(guò)光纖經(jīng)殼體一端端蓋的孔中引出。本發(fā)明基于全光信號(hào)設(shè)計(jì)，沒有電子器件，具有良好的防水性能，不存在電火花隱患，抗電磁干擾。本發(fā)明采用波紋膜片和兩個(gè)壓力測(cè)量光柵，提高了測(cè)量精度和測(cè)量的可靠性。本發(fā)明便于組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01L11/02GK101603873SQ20091001704
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者馮德軍, 斌 劉, 李術(shù)才, 李樹忱, 靜 王, 磊 賈, 隋青美 申請(qǐng)人:山東大學(xué)