一種應(yīng)用于海洋觀測(cè)的有源光纖光柵壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖傳感領(lǐng)域，主要是一種應(yīng)用于海洋觀測(cè)的有源光纖光柵壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中的重要參數(shù)之一，壓力的測(cè)量對(duì)海洋學(xué)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)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(fù)用能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)波分復(fù)用等方式進(jìn)行多元陣列組網(wǎng)，便于同步獲取多剖面信息參量，免維護(hù)，系統(tǒng)綜合應(yīng)用成本低，適合在海洋環(huán)境觀測(cè)領(lǐng)域長(zhǎng)期布防，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]光纖光柵壓力傳感器是根據(jù)光纖光柵反射光波長(zhǎng)隨應(yīng)力變化的特性來(lái)測(cè)量壓力，所以光纖光柵的反射光波長(zhǎng)的測(cè)量精度與傳感器的性能緊密相關(guān)。隨著對(duì)光纖光柵壓力傳感器的分辨率、靈敏度等性能指標(biāo)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(jí)，其較寬的反射光譜特性限制了反射波長(zhǎng)的測(cè)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(fā)出線寬為kHz量級(jí)的反射光。通過(guò)相應(yīng)的波長(zhǎng)解調(diào)，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(shí)現(xiàn)更高精度的壓力測(cè)量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，而提供一種應(yīng)用于海洋觀測(cè)的有源光纖光柵壓力傳感器。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的。這種應(yīng)用于海洋觀測(cè)的有源光纖光柵壓力傳感器，由彈性增敏單元、溫補(bǔ)光柵、測(cè)壓光柵、光柵固定骨架、耐壓外殼、光纖護(hù)套和尾纖保護(hù)套組成，所述的測(cè)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(lái)感知壓力的變化；溫補(bǔ)光柵與彈性增敏單元分離，且與測(cè)壓光柵并排分布，其兩端與光柵固定骨架固定，用來(lái)消除溫度對(duì)測(cè)壓光柵的影響；所述的測(cè)壓光柵與溫補(bǔ)光柵在粘接前施加相近的預(yù)拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態(tài)；在出纖口部分灌注耐腐蝕密封膠對(duì)傳感器進(jìn)行密封處理，使溫補(bǔ)光柵、測(cè)壓光柵的柵區(qū)處于一個(gè)密閉的空氣腔中。
[0006]所述的溫補(bǔ)光柵和測(cè)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(jìn)行激光焊接，彈性增敏單元與耐壓外殼進(jìn)行激光焊接，并用耐腐蝕密封膠做密封處理。
[0009]本實(shí)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(huán)境下壓力監(jiān)測(cè)?’傳感器表面鍍鈦，降低海水對(duì)壓力傳感器金屬外殼表面腐蝕；測(cè)壓光柵和溫補(bǔ)光柵平行臨近排布，并施加相近的的預(yù)拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態(tài)，實(shí)時(shí)補(bǔ)償溫度對(duì)于測(cè)壓光柵的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]其中1為彈性增敏單元，2為溫補(bǔ)光柵，3為光柵固定骨架，4為耐壓外殼，5為光纖護(hù)套，6為尾纖保護(hù)套，7為激光焊接點(diǎn)，8為測(cè)壓光柵，9為光纖粘結(jié)點(diǎn)，10為耐腐蝕密封膠。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0013]如圖所示，這種應(yīng)用于海洋觀測(cè)的有源光纖光柵壓力傳感器，由彈性增敏單元1、溫補(bǔ)光柵2、測(cè)壓光柵8、光柵固定骨架3、耐壓外殼4、光纖護(hù)套5和尾纖保護(hù)套6組成，本實(shí)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(cè)壓光柵和溫補(bǔ)光柵，可以保證壓力傳感器在海洋環(huán)境中高精度、高靈敏度的壓力監(jiān)測(cè)。所述的測(cè)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(lái)感知壓力的變化；溫補(bǔ)光柵2與彈性增敏單元1分離，且與測(cè)壓光柵8并排分布，其兩端與光柵固定骨架3固定，用來(lái)消除溫度對(duì)測(cè)壓光柵8的影響；所述的測(cè)壓光柵8與溫補(bǔ)光柵2在粘接前施加相近的預(yù)拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態(tài)；確保其對(duì)環(huán)境的溫度響應(yīng)基本相同，可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償溫度對(duì)于測(cè)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(hù)作用。在出纖口部分灌注耐腐蝕密封膠對(duì)傳感器進(jìn)行密封處理，使溫補(bǔ)光柵2、測(cè)壓光柵8的柵區(qū)處于一個(gè)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(jìn)行激光焊接，彈性增敏單元1與耐壓外殼4進(jìn)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(jié)構(gòu)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(diǎn)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(diǎn)焊在在兩者的接觸縫一周均勻點(diǎn)焊4個(gè)點(diǎn)，使兩者的相對(duì)位置固定。撤去夾具，將兩者的接縫處進(jìn)行激光密封焊接。
[0018]用環(huán)氧膠將測(cè)壓光柵8的一端與彈性增敏單元1在光纖粘結(jié)點(diǎn)9處粘接固定，溫補(bǔ)光柵2的一端與光柵固定骨架3左側(cè)光纖粘結(jié)點(diǎn)9處固定。待環(huán)氧膠固化后，利用手動(dòng)平移臺(tái)給測(cè)壓光柵8和溫補(bǔ)光柵2施加相近的預(yù)拉力，同時(shí)通過(guò)光纖光柵解調(diào)儀觀察光柵的反射波長(zhǎng)漂移量，預(yù)拉力的大小由傳感器的壓力測(cè)量范圍和傳感器的靈敏度決定。施加預(yù)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(cè)光纖粘結(jié)點(diǎn)9處。
[0019]2、傳感器的密封及保護(hù)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(gè)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(diǎn)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(diǎn)7均勻點(diǎn)焊4個(gè)點(diǎn)，確保兩者的相對(duì)位置固定。用激光密封焊將對(duì)激光焊接點(diǎn)7進(jìn)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(duì)焊縫作進(jìn)一步密封處理。
[0021]測(cè)壓光柵8和溫補(bǔ)光柵2的尾纖處分別套上一個(gè)1_光纖護(hù)套5進(jìn)行封堵，并用瞬干膠預(yù)先固定，避免后續(xù)灌注耐腐蝕密封膠10時(shí)膠流至柵區(qū)。將傳感器豎直放置，出纖口朝上。往出纖口內(nèi)灌注耐腐蝕密封膠10，膠層距離出纖口端面不小于3mm。給測(cè)壓光柵8和溫補(bǔ)光柵2分別套上30cm長(zhǎng)的光纖護(hù)套5，光纖護(hù)套5位于膠層內(nèi)的長(zhǎng)度不小于2mm。將光纖護(hù)套5豎直放置，靜置24小時(shí)，等待膠固化。給測(cè)壓光柵8和溫補(bǔ)光柵2分別套上一個(gè)尾纖保護(hù)套7，使之與之前的環(huán)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(shí)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(diǎn)，適合在海洋環(huán)境觀測(cè)領(lǐng)域長(zhǎng)期布防，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0023]除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)用于海洋觀測(cè)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(bǔ)光柵(2)、測(cè)壓光柵(8)、光柵固定骨架(3)、耐壓外殼(4)、光纖護(hù)套(5)和尾纖保護(hù)套(6)組成，所述的測(cè)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(lái)感知壓力的變化；溫補(bǔ)光柵⑵與彈性增敏單元⑴分離，且與測(cè)壓光柵⑶并排分布，其兩端與光柵固定骨架(3)固定，用來(lái)消除溫度對(duì)測(cè)壓光柵(8)的影響；所述的測(cè)壓光柵(8)與溫補(bǔ)光柵(2)在粘接前施加相近的預(yù)拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態(tài)；在出纖口部分灌注耐腐蝕密封膠對(duì)傳感器進(jìn)行密封處理，使溫補(bǔ)光柵(2)、測(cè)壓光柵(8)的柵區(qū)處于一個(gè)密閉的空氣腔中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于海洋觀測(cè)的有源光纖光柵壓力傳感器，其特征在于:所述的溫補(bǔ)光柵(2)和測(cè)壓光柵(8)為線寬較窄的有源光纖光柵。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于海洋觀測(cè)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(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于海洋觀測(cè)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(jìn)行激光焊接，彈性增敏單元(1)與耐壓外殼(4)進(jìn)行激光焊接，并用耐腐蝕密封膠(10)做密封處理。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于海洋觀測(cè)的有源光纖光柵壓力傳感器，由彈性增敏單元、溫補(bǔ)光柵、測(cè)壓光柵、光柵固定骨架、耐壓外殼、光纖護(hù)套和尾纖保護(hù)套組成，所述的測(cè)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(lái)感知壓力的變化；溫補(bǔ)光柵與彈性增敏單元分離，且與測(cè)壓光柵并排分布，其兩端與光柵固定骨架固定，用來(lái)消除溫度對(duì)測(cè)壓光柵的影響；所述的測(cè)壓光柵與溫補(bǔ)光柵在粘接前施加相近的預(yù)拉力，使兩光柵處于相同溫度與受力狀態(tài)。本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)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(diǎn)，適合在海洋環(huán)境觀測(cè)領(lǐng)域長(zhǎng)期布防，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類(lèi)】G01L11/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205138706
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520797036
【發(fā)明人】劉鵬飛, 何少靈, 郝鳳歡, 葛輝良
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月15日