一種應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光纖傳感領域，主要是一種應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]壓力是海洋環境監測中的重要參數之一，壓力的測量對海洋學、海洋環境監測等有十分重要的意義。光纖光柵壓力傳感器具有抗電磁干擾、復用能力強、可實現準分布式實時監測等優點，通過波分復用等方式進行多元陣列組網，便于同步獲取多剖面信息參量，免維護，系統綜合應用成本低，適合在海洋環境觀測領域長期布防，具有廣闊的應用前景。
[0003]光纖光柵壓力傳感器是根據光纖光柵反射光波長隨應力變化的特性來測量壓力，所以光纖光柵的反射光波長的測量精度與傳感器的性能緊密相關。隨著對光纖光柵壓力傳感器的分辨率、靈敏度等性能指標的要求日益提高，以普通光纖光柵為核心元件的壓力傳感器已很難滿足要求，其主要是由于普通光纖光柵的反射光譜為亞納米級，其較寬的反射光譜特性限制了反射波長的測量精度。有源光纖光柵壓力傳感器以有源光纖光柵作為傳感光柵，由于在栗浦光的作用下，可以激發出線寬為kHz量級的反射光。通過相應的波長解調，在相同增敏方式下，相比于普通光纖光柵傳感器，有源光纖光柵的壓力傳感器可以實現更高精度的壓力測量。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術中存在的問題，而提供一種應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器。
[0005]本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的。這種應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器，由彈性增敏單元、溫補光柵、測壓光柵、光柵固定骨架、耐壓外殼、光纖護套和尾纖保護套組成，所述的測壓光柵的兩端分別與彈性增敏單元和光柵固定骨架固定，用來感知壓力的變化；溫補光柵與彈性增敏單元分離，且與測壓光柵并排分布，其兩端與光柵固定骨架固定，用來消除溫度對測壓光柵的影響；所述的測壓光柵與溫補光柵在粘接前施加相近的預拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態；在出纖口部分灌注耐腐蝕密封膠對傳感器進行密封處理，使溫補光柵、測壓光柵的柵區處于一個密閉的空氣腔中。
[0006]所述的溫補光柵和測壓光柵為線寬較窄的有源光纖光柵。
[0007]所述的耐壓外殼表面與彈性增敏單元表面鍍鈦。
[0008]所述的彈性增敏單元與光柵固定骨架進行激光焊接，彈性增敏單元與耐壓外殼進行激光焊接，并用耐腐蝕密封膠做密封處理。
[0009]本實用新型的有益效果為:使用線寬較窄的有源光纖光柵，使用線寬較窄的有源光纖光柵作為傳感光柵，具有高壓力分辨率及精度，可以用于海洋高壓環境下壓力監測?’傳感器表面鍍鈦，降低海水對壓力傳感器金屬外殼表面腐蝕；測壓光柵和溫補光柵平行臨近排布，并施加相近的的預拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態，實時補償溫度對于測壓光柵的影響。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的基本結構示意圖。
[0011]其中1為彈性增敏單元，2為溫補光柵，3為光柵固定骨架，4為耐壓外殼，5為光纖護套，6為尾纖保護套，7為激光焊接點，8為測壓光柵，9為光纖粘結點，10為耐腐蝕密封膠。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明:
[0013]如圖所示，這種應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器，由彈性增敏單元1、溫補光柵2、測壓光柵8、光柵固定骨架3、耐壓外殼4、光纖護套5和尾纖保護套6組成，本實用新型采用線寬較窄的有源光纖光柵作為傳感光柵，包括測壓光柵和溫補光柵，可以保證壓力傳感器在海洋環境中高精度、高靈敏度的壓力監測。所述的測壓光柵8的兩端分別與彈性增敏單元1和光柵固定骨架3固定，用來感知壓力的變化；溫補光柵2與彈性增敏單元1分離，且與測壓光柵8并排分布，其兩端與光柵固定骨架3固定，用來消除溫度對測壓光柵8的影響；所述的測壓光柵8與溫補光柵2在粘接前施加相近的預拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態；確保其對環境的溫度響應基本相同，可以實時補償溫度對于測壓光柵的影響。彈性增敏單元用于壓力增敏，耐壓外殼起光柵保護作用。在出纖口部分灌注耐腐蝕密封膠對傳感器進行密封處理，使溫補光柵2、測壓光柵8的柵區處于一個密閉的空氣腔中。
[0014]所述的耐壓外殼4表面與彈性增敏單元1表面鍍鈦，用于降低海水腐蝕。
[0015]所述的彈性增敏單元1與光柵固定骨架3進行激光焊接，彈性增敏單元1與耐壓外殼4進行激光焊接，并用耐腐蝕密封膠10做密封處理。
[0016]1、有源光纖光柵與傳感器結構件固定
[0017]在裝配前，先在耐壓外殼4與彈性增敏單元1表面鍍鈦。鍍鈦完成后，將彈性增敏單元1與光柵固定骨架3按如圖1所示裝配，確保彈性增敏單元1與光柵固定骨架3的光柵固定點都水平朝上。用夾具將彈性增敏單元1與光柵固定骨架3夾緊，用激光點焊在在兩者的接觸縫一周均勻點焊4個點，使兩者的相對位置固定。撤去夾具，將兩者的接縫處進行激光密封焊接。
[0018]用環氧膠將測壓光柵8的一端與彈性增敏單元1在光纖粘結點9處粘接固定，溫補光柵2的一端與光柵固定骨架3左側光纖粘結點9處固定。待環氧膠固化后，利用手動平移臺給測壓光柵8和溫補光柵2施加相近的預拉力，同時通過光纖光柵解調儀觀察光柵的反射波長漂移量，預拉力的大小由傳感器的壓力測量范圍和傳感器的靈敏度決定。施加預拉力后，再將兩光柵的另一端尾纖粘接于光柵固定骨架3右側光纖粘結點9處。
[0019]2、傳感器的密封及保護處理
[0020]將彈性增敏單元1與耐壓外殼4裝配，確保耐壓外殼4兩個出纖口的軸心平面與兩根光柵的軸心平面平行，如圖1所示。用激光點焊將彈性增敏單元1與耐壓外殼4的接縫處即激光焊接點7均勻點焊4個點，確保兩者的相對位置固定。用激光密封焊將對激光焊接點7進行密封焊接。在彈性增敏單元1與耐壓外殼4的焊縫外涂覆適量的耐腐蝕密封膠，對焊縫作進一步密封處理。
[0021]測壓光柵8和溫補光柵2的尾纖處分別套上一個1_光纖護套5進行封堵，并用瞬干膠預先固定，避免后續灌注耐腐蝕密封膠10時膠流至柵區。將傳感器豎直放置，出纖口朝上。往出纖口內灌注耐腐蝕密封膠10，膠層距離出纖口端面不小于3mm。給測壓光柵8和溫補光柵2分別套上30cm長的光纖護套5，光纖護套5位于膠層內的長度不小于2mm。將光纖護套5豎直放置，靜置24小時，等待膠固化。給測壓光柵8和溫補光柵2分別套上一個尾纖保護套7，使之與之前的環氧膠接觸。在出纖口剩余的空間灌注耐腐蝕密封膠10，使之與出纖口端面齊平，等待膠固化。
[0022]本實用新型具有高精度、高分辨率與靈敏度、抗電磁干擾，耐海水腐蝕等特點，適合在海洋環境觀測領域長期布防，具有廣闊的應用前景。
[0023]除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器，其特征在于:由彈性增敏單元(1)、溫補光柵(2)、測壓光柵(8)、光柵固定骨架(3)、耐壓外殼(4)、光纖護套(5)和尾纖保護套(6)組成，所述的測壓光柵⑶的兩端分別與彈性增敏單元⑴和光柵固定骨架(3)固定，用來感知壓力的變化；溫補光柵⑵與彈性增敏單元⑴分離，且與測壓光柵⑶并排分布，其兩端與光柵固定骨架(3)固定，用來消除溫度對測壓光柵(8)的影響；所述的測壓光柵(8)與溫補光柵(2)在粘接前施加相近的預拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態；在出纖口部分灌注耐腐蝕密封膠對傳感器進行密封處理，使溫補光柵(2)、測壓光柵(8)的柵區處于一個密閉的空氣腔中。2.根據權利要求1所述的應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器，其特征在于:所述的溫補光柵(2)和測壓光柵(8)為線寬較窄的有源光纖光柵。3.根據權利要求1所述的應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器，其特征在于:所述的耐壓外殼(4)表面與彈性增敏單元(1)表面鍍鈦。4.根據權利要求1所述的應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器，其特征在于:所述的彈性增敏單元(1)與光柵固定骨架(3)進行激光焊接，彈性增敏單元(1)與耐壓外殼(4)進行激光焊接，并用耐腐蝕密封膠(10)做密封處理。
【專利摘要】本實用新型涉及一種應用于海洋觀測的有源光纖光柵壓力傳感器，由彈性增敏單元、溫補光柵、測壓光柵、光柵固定骨架、耐壓外殼、光纖護套和尾纖保護套組成，所述的測壓光柵的兩端分別與彈性增敏單元和光柵固定骨架固定，用來感知壓力的變化；溫補光柵與彈性增敏單元分離，且與測壓光柵并排分布，其兩端與光柵固定骨架固定，用來消除溫度對測壓光柵的影響；所述的測壓光柵與溫補光柵在粘接前施加相近的預拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態。本實用新型的有益效果為：本實用新型具有高精度、高分辨率與靈敏度、抗電磁干擾，耐海水腐蝕等特點，適合在海洋環境觀測領域長期布防，具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】G01L11/02
【公開號】CN205138706
【申請號】CN201520797036
【發明人】劉鵬飛, 何少靈, 郝鳳歡, 葛輝良
【申請人】中國船舶重工集團公司第七一五研究所
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年10月15日