一種光纖f-p腔式動(dòng)高壓傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器，它由膜片體、上陶瓷插芯、支撐圓柱、安裝殼體、下陶瓷插芯、插芯固定帽、導(dǎo)向定位桿、光纖、保護(hù)套和固定接頭。膜片體與安裝殼體前端固定后形成傳感器的感壓面，上陶瓷插芯置于支撐圓柱內(nèi)，兩者的上端面平齊并與膜片體緊密接觸，支撐圓柱的下端面與安裝殼體之間采用圓錐式接觸面，下陶瓷插芯（帶尾纖）通過(guò)插芯固定帽與導(dǎo)向定位桿固定在一起裝入安裝殼體，上陶瓷插芯的下端面與下陶瓷插芯的上端面之間即形成F-P腔，在安裝殼體的下部旋入保護(hù)套，帶有光纖護(hù)套的光纖通過(guò)固定接頭固定于保護(hù)套下端。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便快捷，成本低。
【專利說(shuō)明】—種光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種大量程的基于光纖F-P腔的高壓力高頻響傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]從20世紀(jì)70年代起，伴隨著低損耗光纖的誕生和光纖通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，光纖傳感技術(shù)逐步發(fā)展成為世界各國(guó)競(jìng)相研究的高新技術(shù)之一。光纖傳感器以光波作為信息載體，以光纖作為信息的傳輸介質(zhì)，對(duì)被測(cè)參量進(jìn)行傳感測(cè)量。正是由于光纖傳感器與傳統(tǒng)的電子學(xué)傳感器在信息載體、傳輸介質(zhì)上的差別，決定了光纖傳感器具有傳統(tǒng)電子學(xué)傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì):I)光纖傳感器是無(wú)源器件，電絕緣性好，抗電磁干擾同時(shí)又不產(chǎn)生電磁干擾，耐高壓，耐腐蝕，不會(huì)產(chǎn)生火花、高溫、漏電等不安全因素，在易燃易爆等惡劣環(huán)境下使用安全可靠；2)光纖極細(xì)而柔軟，可制成非常小巧的光纖傳感器用于特殊對(duì)象及場(chǎng)合的參數(shù)測(cè)量；3)光纖傳感器可以串/并聯(lián)復(fù)用，更重要的是還可以進(jìn)行分布式傳感測(cè)量，容易形成傳感器網(wǎng)絡(luò)或者陣列；4)光纖傳感器可以埋入復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)中來(lái)實(shí)現(xiàn)材料、結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，即制成光纖智能材料和結(jié)構(gòu)；5)光纖傳輸光波損耗小,可以不受任何電磁干擾地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制。但目前能夠直接用于惡劣環(huán)境下(如高溫、高壓、強(qiáng)電磁干擾等)動(dòng)態(tài)高壓測(cè)量的光纖傳感器很少，如軍工生產(chǎn)和戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器研制領(lǐng)域的爆炸沖擊波壓力測(cè)量等。
[0003]在眾多的光纖傳感器中，光纖法布里-拍羅(Fabry-Perot, F_P)傳感器是一個(gè)重要的分支。這是因?yàn)楣饫wF-P傳感器以光纖F-P腔作為敏感元件，采用單根光纖、利用多束光干涉來(lái)檢測(cè)被測(cè)量，屬于相位調(diào)制型傳感器。因此光纖F-P傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、高可靠性、高靈敏度、快時(shí)間響應(yīng)、單光纖信號(hào)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器，利用光纖F-P腔的優(yōu)勢(shì)制作一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的大量程、高壓力、高頻響光纖壓力傳感器。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述的光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器，包括膜片體、上陶瓷插芯、支撐圓柱、安裝殼體、下陶瓷插芯、插芯固定帽、導(dǎo)向定位桿、光纖、保護(hù)套和固定接頭，膜片體固定在安裝殼體前端后形成傳感器的感壓面，上陶瓷插芯位于支撐圓柱內(nèi)，兩者的上端面平齊并與膜片體緊密接觸，支撐圓柱的下端面與安裝殼體之間采用圓錐式接觸面，下陶瓷插芯(帶尾纖)通過(guò)插芯固定帽與導(dǎo)向定位桿固定在一起裝入安裝殼體內(nèi)，上陶瓷插芯的下端面與下陶瓷插芯的上端面之間即形成F-P腔，保護(hù)套固定在安裝殼體的下部，帶有光纖護(hù)套的光纖通過(guò)固定接頭固定于保護(hù)套下端。
[0006]所述的上陶瓷插芯下端面鍍制了反射率約為35%的介質(zhì)膜。
[0007]所述的下陶瓷插芯上端面鍍制了反射率約為6%的介質(zhì)膜。
[0008]所述的光纖是單模光纖。[0009]所述的膜片體具有一凹腔，凹腔的底部與支撐柱上端面直接接觸，凹腔的外表面刻有螺紋。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)效果在于，兩個(gè)陶瓷插芯的端面之間形成F-P腔，外界壓力作用在感壓膜片體上導(dǎo)致膜片體變形，進(jìn)而壓迫支撐圓柱變形，帶動(dòng)上陶瓷插芯運(yùn)動(dòng)，而下陶瓷插芯固定不動(dòng)，即F-P腔長(zhǎng)發(fā)生變化，通過(guò)這樣的壓力與腔長(zhǎng)轉(zhuǎn)換使得傳感器的量程大，同時(shí)膜片體的尺寸較小，有助于感壓膜片獲得高固有頻率，傳感器的頻響高；光波注入F-P腔和反射回光都經(jīng)由同一光纖，光波被限制在光纖內(nèi)，光路不受其他因素影響，使得傳感器抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，且傳感器作為單端器件，使用時(shí)連接方便；傳感器的膜片體和安裝殼體采用不銹鋼材料經(jīng)精加工而成，并采用耐高溫、高強(qiáng)度的膠粘和螺紋連接，使制作出的傳感器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，耐高溫、耐強(qiáng)沖擊振動(dòng)，非常適合于爆炸等惡劣環(huán)境下使用。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便快捷，成本低，同時(shí)能夠保證測(cè)量精度和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為光纖F-P腔的反射光譜測(cè)量光路示意圖。
[0013]圖3為典型的光纖F-P腔式壓力傳感器反射光譜圖。
[0014]圖中:1、膜片體，2、上陶瓷插芯，3、支撐圓柱，4、安裝殼體，5、下陶瓷插芯，6、插芯固定帽，7、導(dǎo)向定位桿，8、光纖，9、保護(hù)套，10為固定接頭，11、寬帶光源，12、三端口光纖環(huán)行器，13、待測(cè)光纖F-P腔，14、光譜分析儀。
【具體實(shí)施方式】
[0015]附圖，說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0016]如圖1所示:本發(fā)明由膜片體1，上陶瓷插芯2，支撐圓柱3，安裝殼體4，下陶瓷插芯5，插芯固定帽6，導(dǎo)向定位桿7，光纖8，保護(hù)套9，固定接頭10組成。膜片體I與安裝殼體4前端固定后形成傳感器的感壓面，上陶瓷插芯2置于支撐圓柱3內(nèi)，兩者的上端面平齊并與膜片體I緊密接觸，支撐圓柱3的下端面與安裝殼體4之間采用圓錐式接觸面，下陶瓷插芯5 (帶尾纖)通過(guò)插芯固定帽6與導(dǎo)向定位桿7固定在一起，由下至上插入安裝殼體4，上陶瓷插芯2的下端面與下陶瓷插芯5的上端面之間即形成F-P腔，在安裝殼體4的下部旋入保護(hù)套9，帶有光纖護(hù)套的光纖8通過(guò)固定接頭10固定于保護(hù)套9下端。兩個(gè)陶瓷插芯的端面之間即形成F-P腔，外界壓力作用在感壓膜片體上導(dǎo)致膜片體變形，進(jìn)而壓迫支撐圓柱變形，帶動(dòng)上陶瓷插芯運(yùn)動(dòng)，而下陶瓷插芯固定不動(dòng)，即F-P腔長(zhǎng)發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)F-P腔長(zhǎng)的變化即可實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。
[0017]本發(fā)明公布該光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器的制造方法，其加工工藝步驟如下:
(a)根據(jù)設(shè)計(jì)要求定制鍍膜的陶瓷插芯，上陶瓷插芯2鍍制反射率約35%的介質(zhì)膜，下陶瓷插芯5鍍制反射率約6%的介質(zhì)膜，
(b)按照設(shè)計(jì)尺寸和公差要求加工膜片體1、支撐圓柱3、安裝殼體4、導(dǎo)向定位桿7、保護(hù)套9等，其中膜片體I中的感壓膜片厚度和直徑、支撐圓柱3的長(zhǎng)度和直徑根據(jù)傳感器的量程大小而定；
(c)根據(jù)支撐圓柱3的長(zhǎng)度處理上陶瓷插芯2，將兩者通過(guò)膠粘固定在一起，保證兩者的上端面平齊；
(d)將處理好的支撐圓柱3放入安裝殼體4，直到支撐圓柱3的圓錐形下端面與安裝殼體4的圓錐形端面接觸；
(e)將膜片體I外部螺紋涂抹高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠后，緩慢旋入安裝殼體4前端，直到膜片體I的凹腔底部緊密接觸支撐圓柱3的上表面為止；
(f)將插芯固定帽6的外面涂上適量快干膠，迅速將下陶瓷插芯5(帶尾纖，即光纖8)和導(dǎo)向定位桿7連接固定；
(g)在導(dǎo)向定位桿7的外面涂抹適量的圓柱形固封膠，并由下至上穿入組裝好的安裝殼體4中，然后置于光纖調(diào)整架上；
(h)由光纖調(diào)整架通過(guò)導(dǎo)向定位桿7調(diào)整下陶瓷插芯5的上端面和上陶瓷插芯2下端面之間的距離，通過(guò)圖2所示的光纖F-P腔的反射光譜測(cè)量光路包括寬帶光源11、三端口光纖環(huán)行器12、待測(cè)光纖F-P腔13，光路由光譜分析儀14測(cè)得F-P腔的反射光譜，當(dāng)顯示為如圖3所示的3?4個(gè)正弦光譜圖時(shí)，說(shuō)明兩陶瓷插芯端面之間形成的F-P腔長(zhǎng)度合適，停止調(diào)節(jié)；
(i)待膠固化后，從光纖調(diào)整架上取下通過(guò)以上步驟組裝好的光纖F-P腔，在安裝殼體4下端的外表面螺紋上涂上適量的高強(qiáng)度固化膠，將保護(hù)套9穿過(guò)光纖8緩緩旋入安裝殼體4的下端，擰緊固定；
(j)將固定接頭10穿過(guò)光纖8，直到接觸保護(hù)套9的下表面時(shí)，在固定接頭10的內(nèi)表面和外表面螺紋處都涂上適量的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠，然后旋入安裝導(dǎo)向定位桿7底部，完成對(duì)光纖8的固定；
(k)等待高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠固化之后，即完成了光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器的制作。
[0018]雖然參照上述實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器，其特征在于，包括膜片體(I)、上陶瓷插芯(2)、支撐圓柱(3)、安裝殼體(4)、下陶瓷插芯(5)、插芯固定帽(6)、導(dǎo)向定位桿(7)、光纖(8)、保護(hù)套(9)和固定接頭(10)，膜片體(I)固定在安裝殼體前端(4)后形成傳感器的感壓面，上陶瓷插芯(2)位于支撐圓柱(3)內(nèi)，兩者的上端面平齊并與膜片體緊密接觸，支撐星柱(3)的下端面與安裝殼體之間采用圓錐式接觸面，下陶瓷插芯(5)通過(guò)插芯固定帽(6)與導(dǎo)向定位桿(7)固定在一起裝入安裝殼體(4)內(nèi)，上陶瓷插芯(2)的下端面與下陶瓷插芯(5)的上端面之間即形成F-P腔，保護(hù)套(9)固定在安裝殼體(4)的下部，帶有光纖護(hù)套的光纖(8)通過(guò)固定接頭(10)固定于保護(hù)套(9)下端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器，其特征在于，所述的上陶瓷插芯(2)下端面鍍制了反射率約為35%的介質(zhì)膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器，其特征在于，所述的下陶瓷插芯(5)上端面鍍制了反射率約為6%的介質(zhì)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器，其特征在于，所述的光纖(8)是單模光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖F-P腔式動(dòng)高壓傳感器，其特征在于，所述的膜片體(I)具有一凹腔，凹腔的底部與支撐圓柱(3)上端面直接接觸，凹腔的外表面刻有螺紋。
【文檔編號(hào)】G01L23/00GK103698080SQ201410009052
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】余尚江, 陳晉央, 楊吉祥, 郭士旭, 周會(huì)娟, 賈超, 黃劉宏 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部工程兵科研三所