CN110243532A - 一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器 - Google Patents
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Abstract
一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，包括由上至下依次连接的顶盖、中间部件和压力端口，压力端口内部设置有导入通道，导入通道运行末端与位于中间部件内部的承压膜片相接触，承压膜片顶部设置有顶部圆盘，顶部圆盘上设置有“V”型应力传递结构，“V”型应力传递结构两侧设置有限制其水平移动的两个垂直支架，垂直支架之间设置有测压光纤光栅，顶盖内部表面粘贴有进行温度补偿的温补光纤光栅，顶盖上部中心处设置有光纤引出孔，光纤引出孔中穿过有测压光纤光栅和温补光栅。本发明在测量压力的同时消除温度的影响，实现温度补偿，具有尺寸小，结构设计简单，造价低廉，灵敏度较高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感检测技术领域，特别涉及一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器。
背景技术
现阶段，大部分输油气管道压力检测是利用传统电子类压力变送器，如电容式、压阻式、电感式、压电谐振压力变送器等。电子类压力变送器能将测压元件感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号，电信号由于传输线路的阻抗会出现衰减现象，且在高温、高压、电磁辐射等环境下，变送器易受干扰。电子类压力变送器非线性度、迟滞性误差较高，影响测量精度，与腐蚀性或过热介质接触会导致其不同程度的损伤，还具有生产工艺复杂、寿命短、稳定性差等缺点。
光纤光栅作为一种无源器件，以光纤光栅作为压力传感器的敏感元件，传感信号的感应和传输均在光纤中完成，信号不受环境电磁场的影响，性能可靠，并且可以在高温、易燃、易爆及易腐蚀等极端环境下使用。然而，由于温度和压力的变化都将引起光纤光栅中心波长的移动，带来温度压力交叉敏感。因此，如何能够有效解决温度和压力的交叉敏感问题，即在测量压力的同时消除温度的影响是此类传感器实用化的关键。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，在测量压力的同时消除温度的影响，实现温度补偿，具有尺寸小，结构设计简单，造价低廉，灵敏度较高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，包括由上至下依次连接的顶盖1、中间部件2和压力端口3，所述的压力端口3内部设置有导入通道12，导入通道12运行末端与位于中间部件2内部的承压膜片6相接触，所述的承压膜片6顶部设置有顶部圆盘14，顶部圆盘14上设置有“V”型应力传递结构，所述的“V”型应力传递结构两侧设置有限制其水平移动的两个垂直支架9，垂直支架9之间设置有测压光纤光栅4，所述的顶盖1内部表面粘贴有进行温度补偿的温补光纤光栅5，顶盖1上部中心处设置有光纤引出孔10，光纤引出孔10中穿过有测压光纤光栅4和温补光栅5。
所述的“V”型应力传递结构包括两个与水平面成45°角的倾斜桁架7，倾斜桁架7位于承压膜片6上的底座11上。
所述的光纤光栅压力传感器的底座11、两个倾斜桁架7以及两个垂直支架9为一体化设计。
所述的承压膜片6采用方形结构。
所述的顶盖1为饼状筒形结构。
所述的顶盖1通过螺纹8与中间部件2连接。
所述的中间部件2底部与压力端口3顶部通过焊接13连接。
本发明的有益效果：
本发明提供的光纤光栅压力传感器，可以通过“V”型应力传递结构将膜片横向位移转化为光纤光栅轴向位移，且无需密封包装。
本发明提供的光纤光栅压力传感器，承压膜片采用方形设计，提高了外界压力与所引起的膜片挠度的线性关系。
本发明提供的光纤光栅压力传感器，通过“V”型应力传递结构将最大应力传递给光纤光栅，可以通过调节承压膜片与垂直支架的尺寸来调整压力传感器的量程和灵敏度，以适应不同场合的监测要求。
本发明提供的光纤光栅压力传感器，通过垂直支架的端部中心处固定光纤光栅，避免了栅区与介质材料直接接触所带来的啁啾、热稳定性差以及应力不均等问题，改进了封装工艺。
本发明提供的光纤光栅压力传感器，采用双光纤光栅设计，测压光栅用于检测外界压力信号，温补光栅用于测量外界温度变化，以消除外界温度的干扰，起到温度补偿的作用。
附图说明
图1是本发明提供的光纤光栅压力传感器沿与光纤平行方向的剖视图。
图2是本发明提供的光纤光栅压力传感器中间部件2的俯视图。
图3是本发明提供的光纤光栅压力传感器的顶盖1的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：本发明提供的光纤光栅压力传感器，包括：顶盖1，为饼状筒形结构，其顶部内壁表面粘贴有监测外界温度变化的温补光栅5，用于引出测压光栅4和温补光栅5的尾纤的引出孔10。中间部件2，为柱状圆筒形结构，其顶部表面有直接感测外界压力信号的方形承压膜片6；位于圆盘14上的“V”型应力传递结构，包括两个与水平面成45°角的倾斜桁架7，位于方形承压膜片6上的底座11；限制两个倾斜桁架7使其水平移动的两个垂直支架9，固定在圆盘14上；安装于两个垂直支架9端部中心的检测压力信号的测压光栅4，承压膜片6的横向位移通过两个倾斜桁架7和两个垂直支架9的限制传递给光纤光栅4，使光纤光栅4产生轴向应变。压力端口3，待测流体通过导入通道12作用于承压膜片6，使其发生横向位移。
所述光纤光栅压力传感器的底座11、两个倾斜桁架7以及两个垂直支架9为一体化设计，以保证外界压力所引起的承压膜片6挠度的刚性传递。
包含与水平面成45°角的两倾斜桁架7和底座11的应力传递结构，能将应力最大化传递给光纤光栅4。
承压膜片6采用方形设计，在测量压力范围内，使外界压力与承压膜片6挠度具有良好的线性关系。
所述光纤光栅压力传感器是通过改变承压膜片4和两垂直支架9的厚度，来调整光纤光栅压力传感器的灵敏度和量程。
顶盖1通过螺纹8与中间部件2连接。
中间部件2底部与压力端口3顶部通过焊接13连接，以保证密封性。
如图2所示：测压光栅4位于两垂直支架9端部中心处。
如图3所示：温补光栅5位于顶盖1内壁上方，用于温度补偿。
本发明工作原理是：
本发明提供的光纤光栅压力传感器的工作原理为，当外界流体通过导入通道12作用于方形承压膜片6时，承压膜片6发生形变并产生作用于“V”型应力传递结构的应力。该应力通过两垂直支架9的限制作用于固定在两垂直支架9顶部的测压光纤光栅4，使其产生轴向应变，引起其输出波长发生变化，通过解调设备检测波长变化从而解调出外界流体压力信号。顶盖1顶部内壁表面的温补光栅5，用于感受外界温度信号，可以得到实际的环境温度，同时起到温度补偿作用。
带有底座11的“V”型应力传递结构与两垂直支架9采用一体化设计，焊接在圆盘14上，传感器整体由同一种金属材料加工而成。
顶盖1与中间部件2采用螺纹8连接，以保护测压光纤光栅4和温补光纤光栅5。
Claims (8)
1.一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，其特征在于，包括由上至下依次连接的顶盖(1)、中间部件(2)和压力端口(3)，所述的压力端口(3)内部设置有导入通道(12)，导入通道(12)运行末端与位于中间部件(2)内部的承压膜片(6)相接触，所述的承压膜片(6)顶部设置有顶部圆盘(14)，顶部圆盘(14)上设置有“V”型应力传递结构，所述的“V”型应力传递结构两侧设置有限制其水平移动的两个垂直支架(9)，垂直支架(9)之间设置有测压光纤光栅(4)，所述的顶盖(1)内部表面粘贴有进行温度补偿的温补光纤光栅(5)，顶盖(1)上部中心处设置有光纤引出孔(10)，光纤引出孔(10)中穿过有测压光纤光栅(4)和温补光栅(5)。
2.根据权利要求1所述的一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的“V”型应力传递结构包括两个与水平面成45°角的倾斜桁架(7)，位于方形承压膜片(6)上的底座(11)。
3.根据权利要求1所述的一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的光纤光栅压力传感器的底座(11)、两个倾斜桁架(7)以及两个垂直支架(9)为一体化设计。
4.根据权利要求1所述的一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的承压膜片(6)采用方形结构。
5.根据权利要求1所述的一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的顶盖(1)为饼状筒形结构，中间部件(2)为柱状圆筒形结构。
6.根据权利要求1所述的一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的顶盖(1)通过螺纹(8)与中间部件(2)连接。
7.根据权利要求1所述的一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，其特征在于，所述的中间部件(2)底部与压力端口(3)顶部通过焊接(13)连接。
8.根据权利要求1所述的一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器，其特征在于，还包括温补光栅(5)，固定于顶盖(1)顶部内壁表面。
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