專利名稱：拉桿式光纖光柵滲壓計的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種滲壓和溫度同時測量的智能傳感器。具體的說是一種具有溫度補償功能 的拉桿式光纖光柵滲壓計。
技術背景目前在隧道、堤壩、地鐵、煤礦和油田等工程領域，大多采用電類滲壓計測量空隙水壓 力。傳統的電類滲壓計測量精度低，體積大，防水性能差，壽命短，容易放電，并且易受電 磁干擾，嚴重限制了它的廣泛應用。光纖光柵是一種性能優良的溫度和應力傳感器件，自從人們把光纖光柵用于傳感，光纖 光柵傳感器以其獨特的優勢對傳統的電傳感器等提出了全新的挑戰。它與傳統的電傳感器等 相比尤其獨特的優點l.傳感頭結構簡單、體積小、重量輕，適合附著在被測結構表面也可以 埋入大型結構中，測量結構內部的應力、應變及結構損傷等，穩定性高，重復性好；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 性，對被測介質影響小，又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點，適合在煤氣附近、電站、核設 施、礦井下、油田以及油罐周圍等惡劣、高危險環境中工作；4.光纖輕巧柔軟，可以在一根 光纖中寫入多個光柵，構成傳感陣列，與波分復用和時分復用等復用技術相結合，實現多點、 分布式傳感；5.測量信息是波長編碼的，所以光纖光柵傳感器不受光源的光強波動、光纖損 耗等因素的影響，有較強的抗干擾能力；6.高靈敏度、高分辯力。在實際工程領域，要求長期準確地檢測孔隙水壓力，目前關于基于波紋膜片的高靈敏度 光纖光柵滲壓傳感器的報道很少，并且未見相關專利。 發明內容本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種測量精度高，體積小，具有良好 的防水性能，抗電磁千擾，并且可以長期監測的拉桿式光纖光柵滲壓計。 為實現上述目的，本發明采用下述技術方案一種拉桿式光纖光柵滲壓計，包括殼體，殼體兩端分別設有帶孔的端蓋，殼體內一端與 端蓋之間設有壓力膜片，殼體內壁上設有光柵支撐架，殼體內設有一壓力導桿；壓力導桿一 端與壓力膜片粘結，另一端與壓力測量光柵一端固定連接；壓力測量光柵另一端固定在光柵 支撐架上；光柵支撐架上設有溫度補償光柵，溫度補償光柵的另一端處于自由狀態；壓力測 量光柵和溫度補償光柵均通過光纖經殼體一端端蓋的孔中引出。所述其中一個端蓋上設有一個光纖引出孔，另一個端蓋上設有若干進壓孔，進壓孔上有過濾網；兩端蓋與殼體之間均設有0型密封圈。。 所述兩個端蓋均通過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彈性0型圈。 所述壓力導桿一端粘結在壓力膜片的中部。 所述壓力測量光柵和壓力膜片垂直。 所述壓力導桿為丁字形對稱結構。孔隙水通過進壓口進入滲壓計，作用在波紋膜片上，使波紋膜片發生撓度變形，同時轉 化成集中力作用在壓力導桿上，壓力導桿拉動光柵，使壓力測量光柵在拉力作用下中心波長 發生變化。此時用波長解調儀檢測溫度補償光柵和壓力測量光柵的中心波長，并由軟件釆集 存儲數據。根據溫度補償光柵和壓力測量光柵的溫度響應曲線即可實現滲壓的檢測。由以上技術方案可以看出，本發明基于全光信號設計，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。本發明采用了波紋膜片，并且采用了兩個 壓力測量光柵，提高了測量精度和測量的可靠性。同時，本發明便于組網，并且可以實現準 分布式實時監測。
圖1為本發明光纖光柵滲壓計的正視剖面圖； 圖2為本發明光纖光柵滲壓計的俯視剖面圖；圖3 a、圖3b為本發明所測的壓力與壓力測量光柵中心波長關系曲線圖； 圖4a、圖4b為本發明所測的溫度與壓力測量光柵中心波長關系曲線圖； 圖5為本發明所測的溫度與溫度補償光柵中心波長關系曲線圖。其中l.殼體，2.端蓋，3.光纖引出孔，4.壓力膜片，5.光柵支撐架，6.壓力導桿，7.壓力 測量光柵，8.溫度補償光柵，9.光纖，IO.進壓孔，具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1、圖2中，殼體1兩端分別設有帶孔的端蓋2，殼體1內一端與端蓋2之間設有壓力 膜片4，可以直接感受進壓孔10處的壓力。殼體l內壁上設有光柵支撐架4，殼體l內設有 —壓力導桿6，壓力導桿6 —端與壓力膜片4粘結，壓力導桿6另一端上與壓力測量光柵7 一端固定連接，壓力測量光柵7另一端固定在光柵支撐架5上，光柵支撐架5上設有溫度補 償光柵8，溫度補償光柵8的另一端處于自由狀態，壓力測量光柵7和溫度補償光柵8均通 過光纖9經殼體1一端端蓋2的光纖引出孔3引出。所述其中一個端蓋上設有一個光纖引出孔3，另一個端蓋2上設有若干進壓孔10，進壓孔10上有過濾網，可以有效阻止泥沙進入殼體1內；兩端蓋2與殼體1之間均設有O型密 封圈。所述兩個端蓋2均通過螺紋與殼體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之間有一個彈性0型圈。 所述壓力導桿6 —端粘結在壓力膜片4的中部。所述壓力測量光柵7和壓力膜片4垂直設置。壓力測量光柵7對稱布置，以確保工作過 程中壓力導桿6和波紋膜片4垂直，提高測量精度。 所述壓力導桿6為丁字形對稱結構。當孔隙水壓作用在滲壓計進壓孔10時，作用在波紋膜片上，使波紋膜片發生撓度變形， 其中心產生垂直膜片方向的位移，壓力導桿6也同時產生相同的位移，因此壓力導桿6拉動 光柵，使壓力測量光柵7在拉力作用下中心波長發生變化。本發明的具體制作過程為首先，選定中心波長不同的兩根壓力測量光柵7和一根溫度 補償光柵8，并將光柵支撐架5對稱粘在殼體1內壁上，將壓力導桿6粘結在波紋膜片上， 使二者相互垂直。然后，將壓力測量光柵7和溫度補償光柵8—端分別固定在光柵支撐架5 上，通過帶進壓孔10的端蓋2和殼體1將波紋膜片擠緊，同時將壓力測量光柵7的另一端固 定在壓力導桿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。為了實現本發明的目的，首先在恒溫條件下標定壓力測量光柵7的中心波長隨壓力的變化關系，如圖3a、圖3b所示，中心波長(nm)和壓力(KPa)的線性關系分別為；^0.0185x + 1543.1 和少=0.01881 + 1553，線性度i 2分別為0.9927和0.9983。這說明本發明是一個線性度非常好的實驗模型，并且具有一般性。為了對壓力參數進行有效的溫度補償，分別標定了壓力測量光柵7和溫度補償光柵8的 中心波長隨溫度的變化關系，如圖4a、圖4b和圖5所示，中心波長(nm)和溫度(。C)的線性關系分別為少=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。在現場檢測中，首先根據溫度補償光柵8的中心波長變化情況，測量待測點溫度的變化 情況，再根據壓力測量光柵7的中心波長隨溫度的變化關系消除溫度的影響，最后即可根據 壓力測量光柵7的中心波長隨壓力的變化關系測得待測點的壓力變化情況。為了提高測量精 度，取壓力測量光柵7的壓力平均值。通過以上測量方法，可以使光纖光柵滲壓計的檢測精度達到O. 1%F.S，有效提高了檢測 的質量和效率。
權利要求
1.一種拉桿式光纖光柵滲壓計，其特征在于包括殼體，殼體兩端分別設有帶孔的端蓋，殼體內一端與端蓋之間設有壓力膜片，殼體內壁上設有光柵支撐架，殼體內設有一壓力導桿，壓力導桿一端與壓力膜片粘結，另一端與壓力測量光柵一端固定連接；壓力測量光柵另一端固定在光柵支撐架上；光柵支撐架上設有溫度補償光柵，溫度補償光柵的另一端處于自由狀態；壓力測量光柵和溫度補償光柵均通過光纖經殼體一端端蓋的孔中引出。
2. 根據權利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計，其特征在于所述其中一個端蓋上設 有一個光纖引出孔，另一個端蓋上設有若干進壓孔，進壓孔上有過濾網；兩端蓋與殼體之間 均設有O型密封圈。
3. 根據權利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計，其特征在于所述兩個端蓋均通過螺 紋與殼體兩端連接。
4. 根據權利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計，其特征在于所述壓力膜片為波紋膜片。
5. 根據權利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計，其特征在于所述壓力膜片和殼體之間有一個彈性o型圈。
6. 根據權利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計，其特征在于所述壓力導桿一端粘結 在壓力膜片的中部。
7. 根據權利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計，其特征在于所述壓力測量光柵和壓 力膜片垂直。
8. 根據權利要求1所述的拉桿式光纖光柵滲壓計，其特征在于所述壓力導桿為丁字形 對稱結構。
全文摘要
本發明涉及一種拉桿式光纖光柵滲壓計，包括殼體，殼體兩端分別設有帶孔的端蓋，殼體內一端與端蓋之間設有壓力膜片，殼體內壁上設有光柵支撐架，殼體內設有一壓力導桿。壓力導桿一端與壓力膜片粘結，另一端與壓力測量光柵一端固定連接；壓力測量光柵另一端固定在光柵支撐架上；光柵支撐架上設有溫度補償光柵，溫度補償光柵的另一端處于自由狀態；壓力測量光柵和溫度補償光柵均通過光纖經殼體一端端蓋的孔中引出。本發明基于全光信號設計，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。本發明采用波紋膜片和兩個壓力測量光柵，提高了測量精度和測量的可靠性。本發明便于組網，可以實現準分布式實時監測。
文檔編號G01L11/02GK101603873SQ20091001704
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者馮德軍, 斌 劉, 李術才, 李樹忱, 靜 王, 磊 賈, 隋青美 申請人:山東大學