專利名稱：一種光纖fp式?jīng)_擊波壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光纖FP式?jīng)_擊波壓力傳感器。
背景技術(shù)：
爆炸沖擊波可以毀傷人員、裝備、設(shè)施以及民用建筑等各種目標，是對防護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞效應(yīng)的重要因素之一，爆炸產(chǎn)生 的沖擊波壓力特征參數(shù)是評價炸藥威力和武器爆炸毀傷效應(yīng)的一個主要手段，研究有效減小爆炸沖擊波毀傷的防護材料和結(jié)構(gòu)、制定爆炸發(fā)生以后的安全對策以及應(yīng)急與救援措施是國防、人防和城市建設(shè)以及當前防恐領(lǐng)域需要解決的問題。因此沖擊波壓力測試在工程領(lǐng)域特別是軍工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，沖擊波壓力準確測量對國防事業(yè)及國民經(jīng)濟建設(shè)具有重要的意義。爆炸沖擊波是含能材料爆炸時在爆炸中心周圍的介質(zhì)中產(chǎn)生的壓力突躍，通常伴隨高溫、發(fā)光、真空和電離等現(xiàn)象。爆炸沖擊波上升時間極快、歷時短，要求測量沖擊波壓力的傳感器具有很寬的頻帶寬度(共振頻率要高)、極短的上升時間、堅固的機械強度和準確穩(wěn)定的性能。同時，爆炸過程產(chǎn)生光電輻射及高頻電磁波等干擾信號，要求傳感器還具有良好的抗光干擾和電磁干擾能力。常用的爆炸沖擊波測量傳感器主要有應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等，應(yīng)變式壓力傳感器的固有頻率較低，只適于上升時間為毫秒級的壓力測試，在爆炸沖擊波測試中不宜使用；壓阻式壓力傳感器由于具有響應(yīng)快、靈敏度高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)小巧等特點，常常用來測量爆炸沖擊波的壓力參數(shù)。但壓阻式壓力傳感器是一種半導體器件，它也是光的敏感元件，爆炸伴隨的強光會影響傳感器元件，通常將此影響稱為傳感器的瞬態(tài)光效應(yīng)。光效應(yīng)會造成測量數(shù)據(jù)的正負向截幅、測量結(jié)果不真實，會導致測量數(shù)據(jù)失效。壓阻式傳感器對溫度很敏感，爆炸伴隨的高溫會使傳感器產(chǎn)生的很大的溫度輸出，同時壓阻式傳感器也會受到電磁干擾的影響。以石英晶體等壓電材料制成的壓電式壓力傳感器和電荷放大器組成的沖擊波測試系統(tǒng)，是目前沖擊波測量較好的系統(tǒng)，但壓電式傳感器對電磁干擾信號極為敏感，爆炸電磁脈沖會嚴重干擾沖擊波壓力信號的測量。光纖傳感器是20世紀后半期的重大發(fā)明之一，是一種新興的光學技術(shù)，已成為光電子學的一個嶄新的領(lǐng)域。光纖傳感器具有體積小、精度高、耐腐蝕性強、電絕緣、抗電磁干擾及耐久性好等優(yōu)良特性，特別適合于惡劣環(huán)境下物理量的測量，同時光纖傳感器集傳感和信息傳輸于一體，傳輸損耗小，適合于遠距離檢測。光纖傳感器的種類很多，F(xiàn)-P光纖傳感器和布拉格光柵(FBG)傳感器是目前研究的熱點,其中F-P光纖傳感器作為一種點式傳感器，主要用來測量混凝土等結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光纖式?jīng)_擊波壓力傳感器，其制作方便快捷、成本低，同時能夠保證精度和提高可靠性。本發(fā)明的目的可采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)所述的光纖式?jīng)_擊波壓力傳感器，包括膜片、殼體以及光纖，膜片與殼體前端固定后形成傳感器的感壓面，殼體空腔內(nèi)設(shè)置陶瓷插芯、尾柄、壓緊螺帽以及導向定位桿，光纖膠結(jié)固化于陶瓷插芯及尾柄中，陶瓷插芯后端固定在尾柄的前端，陶瓷插芯前端位于膜片的下部，兩者之間形成一空腔，光纖伸出陶瓷插芯，前端位于空腔內(nèi)，使光纖和膜片的下表面形成法布里一泊羅腔(F-P腔)；尾柄后端位于導向定位桿內(nèi)，并由壓緊螺帽和導向定位桿前端固定，導向定位桿和殼體固定，光纖由導向定位桿后端引出。本發(fā)明所述的膜片與殼體之間通過激光焊接固定。本發(fā)明所述的膜片與光纖相對的一面具有一凹腔。本發(fā)明所述的光纖的后部設(shè)置光纖護套，光纖護套通過光纖護套固定螺帽固定在導向定位桿的后端。
本發(fā)明所述的殼體上設(shè)置有焊孔，導向定位桿在焊孔處和殼體通過焊接固定。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明由光纖上端面和感壓膜片的下表面形成F-P腔，光經(jīng)過光纖直接進入F-P腔，無其它介質(zhì)對光路產(chǎn)生影響；傳感器的膜片和殼體采用不銹鋼材料經(jīng)精加工而成，并采用激光焊接固定，使制作出的傳感器結(jié)構(gòu)堅固，耐強沖擊振動、不受電磁及光干擾、抗熱輻射能力強，與硅片式壓力傳感器相比，更適合于爆炸等惡劣環(huán)境下使用；本發(fā)明制作方便快捷、可有效降低成本，同時能夠保證精度和提高可靠性。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為F-P腔長觀測光路示意圖。圖3為傳感器的反射光譜圖。圖中1、膜片,2、光纖,3、殼體,4、陶瓷插芯,5、壓緊螺帽,6、尾柄,7、導向定位桿，8、焊接點，9光纖包層、，10、光纖護套，11、光纖護套固定螺帽，12、壓力傳感器，13、耦合器，14、光譜分析儀，15、寬帶光源。
具體實施例方式結(jié)合附圖，進一步說明本發(fā)明的具體實施例。如附圖I所示所述的光纖式?jīng)_擊波壓力傳感器，包括膜片I、殼體3以及光纖2，膜片I與殼體3前端通過激光焊接固定后形成傳感器的感壓面，殼體3空腔內(nèi)設(shè)置陶瓷插芯4、尾柄6、壓緊螺帽5以及導向定位桿7，光纖2膠結(jié)固化于陶瓷插芯4及尾柄6中，陶瓷插芯4后端固定在尾柄6的前端，陶瓷插芯4前端位于膜片I的下部，兩者之間形成一空腔，光纖2伸出陶瓷插芯4，前端位于空腔內(nèi)，使光纖和膜片的下表面形成法布里一泊羅腔(F-P腔);尾柄6后端位于導向定位桿7內(nèi)，并由壓緊螺帽5和導向定位桿7前端固定，導向定位桿7和殼體3之間在孔8處通過焊接固定。光纖2由導向定位桿7后端引出。所述的膜片與光纖相對的一面具有一凹腔。所述的光纖的后部設(shè)置光纖護套，光纖護套光纖護套固定螺帽固定在導向定位桿的后端。本發(fā)明公布光纖F-P式?jīng)_擊波壓力傳感器的制作方法，其加工工藝步驟如下
(a)按照設(shè)計尺寸和公差要求加工膜片I、殼體3、壓緊螺帽5、導向定位桿7等，其中膜片I中的感壓膜片厚度和直徑根據(jù)傳感器的量程大小而定；
(b)膜片I中的感壓膜片下表面作為光的反射面，因此需采取特殊工藝加工以保證其光潔度；
(c)將膜片I裝配于殼體3中，并采用激光焊接法將接縫焊接；
(d)將帶護套的光纖剝?nèi)ミm當長度后，用光纖切割刀將光纖切斷，光纖切割時應(yīng)保證切割角度小于O. 5° ；
(e)將切好的光纖通過尾柄6穿入陶瓷插芯4中，并注入環(huán)氧膠加熱固化；
(f)將陶瓷插芯4及尾柄6和與其固化好的光纖2裝配于導向定位桿7中，并由壓緊螺帽5壓緊固定；
(g)將導向定位桿7與光纖2的組合體裝于殼體3中，然后置于光纖調(diào)整架上；
(h)由光纖調(diào)整架通過導向定位桿7調(diào)整光纖2和膜片I的下表面之間的距離，通過圖2所示的光路由光譜分析儀14反射光的光譜曲線，當顯示為如圖3所示的3 4個正弦光譜圖時，說明光纖2和膜片I的下表面之間形成的F-P腔長合適，停止調(diào)節(jié)；
(i)在焊孔8處通過激光焊接使導向定位桿7與殼體3固定；
U)由固定螺帽11將光纖護套10固定，完成光纖F-P式?jīng)_擊波壓力傳感器的制作。
權(quán)利要求
1.一種光纖FP式?jīng)_擊波壓力傳感器，其特征是包括膜片(I)、殼體(3)以及光纖(2)，膜片(I)與殼體(3)前端固定后形成傳感器的感壓面，殼體空腔內(nèi)設(shè)置陶瓷插芯(4)、尾柄(6)、壓緊螺帽(5)以及導向定位桿(7)，光纖(2)膠結(jié)固化于陶瓷插芯(4)及尾柄(6)中，陶瓷插芯(4)后端固定在尾柄(6)的前端，陶瓷插芯(4)前端位于膜片(I)的下部，兩者之間形成一空腔，光纖(2)伸出陶瓷 插芯(4)，前端位于空腔內(nèi)，使光纖和膜片的下表面形成法布里一泊羅腔；尾柄(6)后端位于導向定位桿(7)內(nèi)，并由壓緊螺帽(5)和導向定位桿(7)前端固定，導向定位桿(7)和殼體(3)固定,光纖(2)由導向定位桿(7)后端引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖FP式?jīng)_擊波壓力傳感器，其特征是所述的膜片(I)與殼體(3)之間通過激光焊接固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖FP式?jīng)_擊波壓力傳感器，其特征是所述的膜片(I)與光纖相對的一面具有一凹腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖FP式?jīng)_擊波壓力傳感器，其特征是所述的光纖的后部設(shè)置光纖護套(10)，光纖護套(10)通過光纖護套固定螺帽(11)固定在導向定位桿(7)的后端。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖FP式?jīng)_擊波壓力傳感器，其特征是所述的殼體上設(shè)置有焊孔(8 )，導向定位桿(7 )在焊孔處和殼體通過焊接固定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖FP式?jīng)_擊波壓力傳感器，包括膜片、殼體以及光纖，膜片與殼體前端固定后形成傳感器的感壓面，殼體空腔內(nèi)設(shè)置陶瓷插芯、尾柄、壓緊螺帽以及導向定位桿，光纖膠結(jié)固化于陶瓷插芯及尾柄中，陶瓷插芯后端固定在尾柄的前端，陶瓷插芯前端位于膜片的下部，兩者之間形成一空腔，光纖伸出陶瓷插芯，前端位于空腔內(nèi)，使光纖和膜片的下表面形成法布里—泊羅腔；尾柄后端位于導向定位桿內(nèi)，并由壓緊螺帽和導向定位桿前端固定，導向定位桿和殼體固定，光纖由導向定位桿后端引出。本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)堅固，耐強沖擊振動、不受電磁及光干擾、抗熱輻射能力強，適合于爆炸等惡劣環(huán)境下使用，同時傳感器制作方便快捷、可靠性好。
文檔編號G01L11/02GK102879149SQ20121042179
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者余尚江, 楊吉祥, 陳晉央, 賈超, 黃劉宏, 張玉生, 郭士旭 申請人:中國人民解放軍總參謀部工程兵科研三所