一種測(cè)量輸油管油壓的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光電子測(cè)量器件技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是涉及一種測(cè)量輸油管油壓 的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 輸油管是運(yùn)輸油的重要設(shè)備，輸油管內(nèi)油壓的精確測(cè)量對(duì)輸油管的運(yùn)輸能力和安 全影響很大。但國(guó)內(nèi)許多測(cè)量輸油管油壓傳感器是采用電阻式的傳感器，這樣容易導(dǎo)致測(cè) 量系統(tǒng)產(chǎn)生靜電，甚至在某種情況下產(chǎn)生電離作用，引起放電而產(chǎn)生火花，并且在信號(hào)放大 過(guò)程中容易受到環(huán)境噪聲和電磁干擾等因素的影響，因此不利于推廣到輸油管油壓的檢 測(cè)中。
[0003] 本實(shí)用新型利用輸油管內(nèi)的油壓帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞的移動(dòng)帶動(dòng)懸臂梁變形，在 懸臂梁上粘貼差動(dòng)式光纖Bragg光柵用來(lái)檢測(cè)懸臂梁的變形，進(jìn)而準(zhǔn)確測(cè)量出輸油壓力， 解決了電阻式傳感器易產(chǎn)生靜電，信號(hào)放大過(guò)程中容易受到環(huán)境噪聲和電磁干擾等因素影 響的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有測(cè)量輸油管油壓的電阻式傳感器易產(chǎn) 生靜電，信號(hào)放大過(guò)程中容易受到環(huán)境噪聲和電磁干擾等因素影響的問(wèn)題，提供一種抗電 磁干擾、本質(zhì)安全、動(dòng)態(tài)范圍寬、靈敏度高、便于組網(wǎng)、能實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量的測(cè)量輸油管油壓 的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器。
[0005] 本實(shí)用新型測(cè)量輸油管油壓的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器通過(guò)如下技術(shù)方 案完成：所述的傳感器由懸臂梁（1)、光纖導(dǎo)出孔（2)、導(dǎo)出光纖（3)、光纖Bragg光柵（4)、 承壓活塞（5)、鐵質(zhì)外殼（9)、導(dǎo)桿（10)、強(qiáng)性膠水（11)組成，其中承壓活塞（5)與鐵質(zhì)外殼 (9) 形成的活塞缸相配合，導(dǎo)桿（10)的一端與承壓活塞（5)固定在一起，導(dǎo)桿（10)的另一 端通過(guò)強(qiáng)性膠水（11)與懸臂梁（1)的一端固定在一起，懸臂梁（1)的另一端固定在在鐵質(zhì) 外殼（9)上；兩根光纖Bragg光柵（4)分別粘貼在懸臂梁（1)上下兩壁上，導(dǎo)出光纖（3)的 一端與光纖Bragg光柵（4)相連，導(dǎo)出光纖（3)通過(guò)光纖導(dǎo)出孔（2)與外接光纜相連接。
[0006] 所述的導(dǎo)桿（10)的一端通過(guò)強(qiáng)性膠水（11)與懸臂梁（1)的一端固定在一起，導(dǎo)桿 (10) 和懸臂梁（1)在同一平面內(nèi)垂直；懸臂梁（1)的另一端固定在在鐵質(zhì)外殼（9)，懸臂梁 (1)與特質(zhì)外殼（9)垂直；導(dǎo)桿（10)垂直于活塞（5)的頂面。
[0007] 所述的兩根光纖Bragg光柵（4)分別粘貼在懸臂梁（1)上下兩壁上，兩根光纖 Bragg光柵采用同一型號(hào)的光敏光纖制成，懸臂梁（1)壁的上下兩根光纖Bragg光柵（4)構(gòu) 成差動(dòng)式光纖Bragg光柵，差動(dòng)式光纖Bragg光柵能消除溫度對(duì)光纖Bragg光柵波長(zhǎng)的影 響。
[0008] 所述的導(dǎo)出光纖（3)從光纖導(dǎo)出孔（2)導(dǎo)出，光纖導(dǎo)出孔（2)采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行密 封，鐵質(zhì)外殼（9)的內(nèi)腔形成一個(gè)密閉的空間。
[0009] 所述的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器的工作原理為：承壓活塞（5)把輸油管中 的油壓通過(guò)導(dǎo)桿（10 )傳遞給懸臂梁（1 )，懸臂梁（1)左端受力將向上彎曲，帶動(dòng)位于懸臂梁 (1)上壁的光纖Bragg光柵（4)壓縮和位于懸臂梁（1)壁的光纖Bragg光柵（4)拉伸，將被 測(cè)對(duì)象的的檢測(cè)轉(zhuǎn)化為對(duì)光纖Bragg光柵（4)波長(zhǎng)的調(diào)制，光纖Bragg光柵（4)的差動(dòng)式粘 貼有助于抵消環(huán)境溫度的影響，光纖Bragg光柵（4)的導(dǎo)出光纖（3)通過(guò)光纖導(dǎo)出孔（2)引 出并與外接光纜相連接，構(gòu)成一種測(cè)量輸油管內(nèi)油壓的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器。 [0010] 所述的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器的數(shù)學(xué)模型為：
[0011] 承壓活塞（5)所受的F，方程為：
[0013] 式中，/為輸油管內(nèi)油壓，5為承壓活塞的橫截面積。
[0014] 導(dǎo)桿10將承壓活塞（5)所受的傳給懸臂梁（1)，懸臂梁左端所受的為F。
[0015] 懸臂梁⑴各點(diǎn)所受的應(yīng)變?yōu)椋?br>[0017] 式中，J為等強(qiáng)度懸臂梁（1)的工作長(zhǎng)度，A為等強(qiáng)度懸臂梁（1)的厚度，#等強(qiáng) 度懸臂梁（1)固定端的寬度，i「為等強(qiáng)度懸臂梁（1)的彈性模量。
[0018] 把（a)帶入（b)得：
[0020] 當(dāng)?shù)葟?qiáng)度懸臂梁（1)受F的作用彎曲時(shí)，上表面受到的是拉伸應(yīng)變寒，而下表面受 到的是壓縮應(yīng)變g，若兩只光柵處于同樣的溫度場(chǎng)中，應(yīng)變信號(hào)f表示為：
[0022] 式中，
為下表面受到拉伸應(yīng)變后光纖Bragg光柵（4)的反射波長(zhǎng)，
為上表面受到的是壓縮應(yīng)變后光纖Bragg光柵（4)的反射波長(zhǎng)，_為光纖Bragg 光柵（4)的應(yīng)變敏感系數(shù)，為光纖Bragg光柵（4)初始中心波長(zhǎng)。
[0023] 粘貼在懸臂梁（1)上下兩壁的光纖Bragg光柵（4)中心波長(zhǎng)差值為：
[0025]把（d)和（e)帶入（c)得：
[0027] 式（f)表明被測(cè)管道內(nèi)的油壓P與光纖Bragg光柵（4)波長(zhǎng)位移^之間的數(shù)學(xué) 模型，通過(guò)測(cè)量光纖Bragg光柵（4)波長(zhǎng)移位就能計(jì)算出被測(cè)輸油管道內(nèi)油壓的大小。
[0028] 本實(shí)用新型一種測(cè)量輸油管油壓的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器與現(xiàn)有技術(shù) 相比有如下有益效果：
[0029] 1、能根據(jù)需要，通過(guò)改變導(dǎo)桿與懸臂梁的接觸位置調(diào)整傳感器的測(cè)量靈敏度。
[0030] 2、本實(shí)用新型傳感器本身不帶任何電信號(hào)，非常適合用于易燃易爆等高危環(huán)境中 的液體檢測(cè)。
[0031] 3、采用光纖Bragg光柵做為傳感器的測(cè)量元件，使傳感器具有較強(qiáng)的抗電磁干擾 能力和耐腐蝕能力。
[0032] 4、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1是本實(shí)用新型一種測(cè)量輸油管油壓的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0034] 圖2是本實(shí)用新型一種測(cè)量輸油管油壓的懸臂梁式光纖Bragg光柵傳感器懸臂梁 的局部俯視不意圖。
[0035] 圖中，1-懸臂梁、2-光纖導(dǎo)出孔、3-導(dǎo)出光纖、4-光纖Bragg光柵、5-承壓活塞、 6_油、7-輸油管壁、8-輸油管接口、9-鐵質(zhì)外殼、10-