專利名稱：基于等強(qiáng)度梁的光纖壓強(qiáng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及 一 種 基于等強(qiáng)度梁的光纖壓強(qiáng)傳感器。
背景技術(shù)：
光纖傳感器與對(duì)應(yīng)的常規(guī)傳感器相比，在靈敏度、 動(dòng)態(tài)范圍、可靠性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在建筑、 石油、軍事應(yīng)用領(lǐng)域顯得尤為突出。光纖壓強(qiáng)傳感器是利用光纖的傳光特性以及它與 周圍環(huán)境相互作用產(chǎn)生的種種調(diào)制效應(yīng)，探測(cè)周圍環(huán) 境壓強(qiáng)的儀器。它與傳統(tǒng)的壓強(qiáng)傳感器相比，有以下 主要優(yōu)勢(shì)壓強(qiáng)靈敏度高、不受電磁干擾、重量輕、 耐高溫、結(jié)構(gòu)小巧、可靠型高，以及兼具信息傳感及 光信息傳輸于 一 身等優(yōu)點(diǎn)。鑒于光纖壓強(qiáng)傳感器的如上技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可滿足各 發(fā)達(dá)國(guó)家在石油、軍事等領(lǐng)域的要求，目前已經(jīng)在此
方面積極展開(kāi)研究。在常見(jiàn)的強(qiáng)度調(diào)制型、數(shù)字式、光纖光柵式光纖壓強(qiáng)傳感器中光纖光柵式光纖壓強(qiáng)傳感器是目前的主要研究方向傅海威和傅君眉等人報(bào)道了一種光纖光柵壓力傳感器，是采用在將光纖光柵的端粘接在線形膜片上進(jìn)々1增敏的辦法，通過(guò)圓膜片在法線方向的位移來(lái)帶動(dòng)光纖光孤 柵產(chǎn)生應(yīng)變從而檢測(cè)壓強(qiáng)。這樣制作的光纖壓強(qiáng)傳感器要求預(yù)應(yīng)力粘接光纖，并且采用點(diǎn)式粘接，工藝復(fù)雜，線性膜片較薄:，對(duì)于大壓強(qiáng)難于測(cè)』t ，并且對(duì)于溫度的變化較為敏感因此，如何簡(jiǎn)化工藝，提咼傳感器的壓強(qiáng)測(cè)量范圍，同時(shí)消除溫度敏感是光纖壓強(qiáng)傳感器走向?qū)嵱没匦杞鉀Q的重要技術(shù)之~~■。發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供 一 種光纖 壓強(qiáng)傳感器，以減小光纖壓強(qiáng)傳感器的封裝工藝難度， 提高傳感器的壓強(qiáng)測(cè)量范圍，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 本發(fā)明的技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明一種基于等強(qiáng)度梁的光纖壓強(qiáng)傳感器，其特征在于包括支撐筒，為--筒體，該支撐筒為光纖壓強(qiáng)傳感器的主體，該支撐筒的下壁面相對(duì)的位置開(kāi)有兩圓孑L ;膜片，該膜片固定在支撐筒的下端；A山 順生 皿，該端蓋安裝在支撐筒的上端，用于密封支撐筒等強(qiáng)度梁，該等強(qiáng)度梁為一 L形，該等強(qiáng)度梁的面固定在支撐筒內(nèi)的側(cè)壁上，該等強(qiáng)度梁的另一面與膜片之間有 一 間隙，該等強(qiáng)度梁與膜片中心處之間有一凸臺(tái)，該凸臺(tái)用于傳遞膜片的形變；光纖光柵，該光纖光柵固定在等強(qiáng)度梁與膜片之間的底面上，該光纖光柵兩端的尾纖分別從支撐筒上的兩圓孔引出；溫度補(bǔ)償光纖光柵，該溫度補(bǔ)償光纖光柵固定在立而蓋的內(nèi)面上，該溫度補(bǔ)償光纖光柵 一 端的尾纖從支撐筒上的 一 圓孔引出。 其中所述的膜片與支撐筒為分體結(jié)構(gòu)或?yàn)轶w結(jié)構(gòu)苴中所述的膜片為中心厚、邊緣漸薄的結(jié)構(gòu)。苴 Z 、中所述的等強(qiáng)度粱是通過(guò)螺栓或者粘接的方式固定在支撐筒的內(nèi)壁上。中所述的光纖光柵和溫度補(bǔ)償光纖光柵的固定方式是粘接固定。中所述的凸臺(tái)與等強(qiáng)度梁接觸的 一 端開(kāi)有一槽，用于穿過(guò)光纖光柵的尾纖。中所述的支撐筒側(cè)壁的圓孔內(nèi)進(jìn) 一 步安裝有圓柱型接頭，用于固定引出的光纖光柵與溫度補(bǔ)償光纖光恤 微的尾纖。中所述的支撐筒與端蓋聯(lián)接處以及圓柱型接頭內(nèi)涂有咼強(qiáng)度密封膠，使支撐筒內(nèi)部構(gòu)成密閉的空氣腔。中所述的端蓋與支撐筒材料的熱膨脹系數(shù)相同有效果/人上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益
效果1、工藝簡(jiǎn)單。通過(guò)將光纖光柵粘接于金屬表面 進(jìn)行壓強(qiáng)檢測(cè)和溫度補(bǔ)償，減小了工藝難度，使得工 藝 一 致性易于保證。2、聲壓靈敏度便于控制?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)等強(qiáng)度梁40的厚度、膜片20的厚度、半徑等幾何參數(shù)或者彈性模量等材料參數(shù)等來(lái)調(diào)節(jié)光纖壓強(qiáng)傳感器的靈敏度3、消除了外界溫度變化的影響。通過(guò)溫度補(bǔ)償光纖光柵60進(jìn)行了溫度補(bǔ)償，使傳感器因外界溫度變化弓1起的偏差被剔除掉。


為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合員體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)詳細(xì)說(shuō)明其中圖1為本發(fā)明提供的光纖壓強(qiáng)傳感器的結(jié)構(gòu)剖面一.jit 不思2為圖1中凸臺(tái)4 1的示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，圖l為本發(fā)明提供的基于等強(qiáng)度梁 的光纖壓強(qiáng)傳感器的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。該光纖壓強(qiáng)傳感器包括 一 支撐筒1 0 ，為 一 筒體，該支撐筒1 0 為光纖壓強(qiáng)傳感器的主體，該支撐筒1Q的下壁面相對(duì)的位置開(kāi)有兩圓孔1 1 、 12 ; —膜片20 ，該膜片2 0固定在支撐筒1 0的下端，用于感受外界壓強(qiáng)；一端生 皿30，該蓋30安裝在支撐筒10的上一山 順，用于密封支撐筒i ()~■等強(qiáng)度梁40，該等強(qiáng)度梁4 0為—形，該等強(qiáng)度梁4 0的面固定在支撐筒1 0內(nèi)的側(cè)壁上，該等強(qiáng)度梁40的另—面與膜片20之間有間隙，該等強(qiáng)度梁40與膜片20中心處之間有凸臺(tái)41 ，該凸臺(tái)4 1用于將膜片20的形變傳遞到等強(qiáng)度梁的， 頓部; 一光纖光微50，該光纖光柵50固定在等強(qiáng)度梁4 0與膜片20之間的底面上，用于感受等強(qiáng)度梁上的應(yīng)變，該光纖光恤 棚50兩端的尾纖分別從支撐筒10上的兩圓孔11、12引出；溫度補(bǔ)償光纖光柵6 0 ，該溫度補(bǔ)償光纖光恤 微6 0固定在立而3 0的內(nèi)面上，用于感受溫度變化，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，該溫度補(bǔ)償光纖光柵60一山 順的尾纖從支撐筒10上的一圓孔1 1引出膜片20與支撐筒10可以采用不同的加工制作
方式使之成為分體結(jié)構(gòu)或?yàn)?一 體結(jié)構(gòu)。并且膜片2 0 為中心厚、邊緣漸薄的結(jié)構(gòu)，這樣在同樣的壓強(qiáng)作用 下，將會(huì)產(chǎn)生更大的變形。等強(qiáng)度梁4 O是通過(guò)螺栓或者粘接的方式固定在 支撐筒1 0的內(nèi)壁上。光纖光柵5 0和溫度補(bǔ)償光纖光柵6 0的固定方 式是粘接固定。凸臺(tái)4 l與等強(qiáng)度梁4 0接觸的一端開(kāi)有一槽42 (圖2中)，用于穿過(guò)光纖光柵5 O的尾纖。支撐筒1 0側(cè)壁的圓孔1 1 、1 2內(nèi)進(jìn) 一 步安裝 有圓柱型接頭l 3、1 4，用于固定引出的光纖光柵 5 0與溫度補(bǔ)償光纖光柵6 0的尾纖。支撐筒l 0與端蓋3 0聯(lián)接處以及圓柱型接頭13 、 1 4內(nèi)涂有高強(qiáng)度密封膠，使支撐筒1 0內(nèi)部構(gòu) 成密閉的空氣腔。端蓋3 0與支撐筒1 0的側(cè)壁具有 足夠的剛度抵抗外界的壓強(qiáng)，而膜片2 O的厚度一般 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于支撐筒1 0側(cè)壁的厚度，因而對(duì)外界壓強(qiáng)敏 感，作為傳感元件。當(dāng)外界有壓強(qiáng)作用于傳感器上時(shí)，膜片2 0發(fā)生 形變，向內(nèi)彎曲，其中心的撓度量通過(guò)凸臺(tái)4 1傳遞 到等強(qiáng)度梁4 0的端部，使等強(qiáng)度梁發(fā)生彎曲。對(duì)于 等強(qiáng)度梁，其表面的應(yīng)變是均勻的，這樣就帶動(dòng)粘接
在等強(qiáng)度梁4 0上的光纖光柵5 0產(chǎn)生均勻的拉應(yīng)變，從而引起光纖光柵反射波長(zhǎng)的變化。對(duì)于光纖光柵，反射波長(zhǎng)的變化量與所受應(yīng)變成正比，故通過(guò)檢測(cè)波長(zhǎng)的變化量可以得到外界壓強(qiáng)的大小^—山 順全30與支撐筒1 o采用熱膨脹系數(shù)相同的材料制作，當(dāng)外界的、〉曰度發(fā)生變化時(shí)，由于溫度變化引起的光纖光柵反射波長(zhǎng)的變化對(duì)于傳感光柵50和溫度補(bǔ)償光纖光柵60是相同的，故可以通過(guò)將其波長(zhǎng)的漂移相減的方法消除溫度變化的影響。同時(shí)，該光纖壓強(qiáng)傳感器的靈敏度與多項(xiàng)結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)有關(guān)。比如可以通過(guò)調(diào)節(jié)等強(qiáng)度梁40的厚度和使用的材料的彈性模量來(lái)改變?cè)摴饫w壓強(qiáng)傳感器的靈敏度再比如可以通過(guò)改變膜片2 0的厚度、半徑等幾何參數(shù)或者鵬片2 0使用的材料的彈性模量等材料參數(shù)等來(lái)調(diào)節(jié)該光纖壓強(qiáng)傳感器的靈敏度(并且可以將該光纖壓強(qiáng)傳感器的光纖光恤 柵50和溫度補(bǔ)償光纖光恤 微6 0的尾纖分別與另一光纖壓強(qiáng)傳感器的傳感光纖和溫度補(bǔ)償光纖串聯(lián)起來(lái)，進(jìn)行多以上所述的員體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有、/-效果進(jìn)行了進(jìn) 一 步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已并不用 于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做 的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種基于等強(qiáng)度梁的光纖壓強(qiáng)傳感器，其特征在于，包括一支撐筒，為一筒體，該支撐筒為光纖壓強(qiáng)傳感器的主體，該支撐筒的下壁面相對(duì)的位置開(kāi)有兩圓孔；一膜片，該膜片固定在支撐筒的下端；一端蓋，該端蓋安裝在支撐筒的上端，用于密封支撐筒；一等強(qiáng)度梁，該等強(qiáng)度梁為一L形，該等強(qiáng)度梁的一面固定在支撐筒內(nèi)的側(cè)壁上，該等強(qiáng)度梁的另一面與膜片之間有一間隙，該等強(qiáng)度梁與膜片中心處之間有一凸臺(tái)，該凸臺(tái)用于傳遞膜片的形變；一光纖光柵，該光纖光柵固定在等強(qiáng)度梁與膜片之間的底面上，該光纖光柵兩端的尾纖分別從支撐筒上的兩圓孔引出；一溫度補(bǔ)償光纖光柵，該溫度補(bǔ)償光纖光柵固定在端蓋的內(nèi)面上，該溫度補(bǔ)償光纖光柵一端的尾纖從支撐筒上的一圓孔引出。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述特征在于，中所述的膜片與溫度補(bǔ)償光纖光柵固定 光纖光柵 一 端的尾纖從的光纖壓強(qiáng)傳感器，其 支撐筒為分體結(jié)構(gòu)或?yàn)?一體結(jié)構(gòu)。
3 、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖壓強(qiáng)傳感器，苴 z 、特征在于，其中所述的膜片為中心厚、邊緣漸薄的結(jié)構(gòu)
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖壓強(qiáng)傳感器，其特征在于， 其中所述的等強(qiáng)度梁是通過(guò)螺栓或者粘接的方式固定在支撐筒的內(nèi)壁上。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖壓強(qiáng)傳感器，特征在于，其中所述的光纖光柵和溫度補(bǔ)償光纖光柵的固定方式是粘接固定。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖壓強(qiáng)傳感器，其特征在于， 其中所述的凸臺(tái)與等強(qiáng)度梁接觸的一山 順開(kāi)有槽，用于穿過(guò)光纖光柵的尾纖
7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖壓強(qiáng)傳感器，特征在于，其中所述的支撐筒側(cè)壁的圓孔內(nèi)進(jìn)—步安裝有圓柱型接頭，用于固定引出的光纖光棚與溫度補(bǔ)償光纖光柵的尾纖。
8、根據(jù)權(quán)利要求1 、 7所述的光纖壓強(qiáng)j專感器，特征在于，其中所述的支撐筒與—山 順生 皿聯(lián)接處以及圓柱型接頭內(nèi)涂有高強(qiáng)度密封膠，使支撐筒內(nèi)部構(gòu)成密閉的六氣腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖壓強(qiáng)傳感器特征在于，其中所述的端蓋與支撐筒材料的熱膨脹系 數(shù)相同。
全文摘要
一種基于等強(qiáng)度梁的光纖壓強(qiáng)傳感器，包括一支撐筒，為一筒體，為光纖壓強(qiáng)傳感器的主體，其下壁面相對(duì)的位置開(kāi)有兩圓孔；一膜片固定在支撐筒的下端；一端蓋安裝在支撐筒的上端，用于密封支撐筒；一等強(qiáng)度梁為一L形，該等強(qiáng)度梁的一面固定在支撐筒內(nèi)的側(cè)壁上，另一面與膜片之間有一間隙，該等強(qiáng)度梁與膜片中心處之間有一凸臺(tái)，該凸臺(tái)用于傳遞膜片的形變；一光纖光柵固定在等強(qiáng)度梁與膜片之間的底面上，該光纖光柵兩端的尾纖分別從支撐筒上的兩圓孔引出；一溫度補(bǔ)償光纖光柵固定在端蓋的內(nèi)面上，該溫度補(bǔ)償光纖光柵一端的尾纖從支撐筒上的一圓孔引出。
文檔編號(hào)G01L1/24GK101210851SQ20061016975
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者劉育梁, 張文濤, 芳 李 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所