基于光纤布拉格光栅的气压传感结构的制作方法

基于光纤布拉格光栅的气压传感结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种气压传感结构，具体涉及一种基于光纤布拉格光栅的气压传感结构。
【背景技术】
[0002]气压是一个重要的物理量，航空航天、化工、纺织、食品、医药、仓储、农业、矿业和建筑等行业的生产安全对气压的要求都非常严格。特别是地下工程，由于通风、有害气体等因素对气压控制要求极为严格。气压传感器是用于测量气体的绝对压强，目前很多空气的气压传感器的主要部件为变容式硅膜盒。当该变容硅膜盒外界大气压力发生变化时顶针动作，单晶硅膜盒随着发生弹性变形，从而引起硅膜盒平行板电容器电容量的变化来控制气压传感器。但半导体压力传感器制作工艺复杂，需要精密的电学元器件，由于需要不间断监测耗能比较大，需要经常校正。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于光纤布拉格光栅的气压传感结构。该气压传感结构利用布拉格光栅反射光在压力或拉力的作用下中心波长将发生漂移的原理，通过实验标定可建立波长漂移与应力或应变的变化关系曲线，从而可以测出气压，其结构简单，体积小，功耗低，灵敏度高。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:包括上端开口的壳体、用于封闭所述壳体上端开口的薄膜和安装在所述壳体的上端且用于支撑所述薄膜的拱形支撑架，所述壳体内部形成密闭空腔，所述密闭空腔内设置有弹性梁和连接杆，所述弹性梁水平布设在所述密闭空腔内，所述弹性梁的两端均与所述壳体的内壁连接，所述连接杆的下端与弹性梁的中部连接，所述连接杆的上端与拱形支撑架相连接，所述弹性梁的内部嵌有沿其长度方向延伸的光纤，所述光纤的一端通过光纤耦合器连接有光源，所述光纤上刻有布拉格光栅，所述壳体的侧壁设置有气体入
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[0005]上述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述弹性梁两端的厚度均大于其中部的厚度。
[0006]上述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述拱形支撑架包括中心板和绕所述中心板周向设置的多个弧形支撑杆，所述弧形支撑杆的一端与中心板连接，所述弧形支撑杆的另一端与壳体的内壁连接。
[0007]上述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述连接杆的上端插入所述中心板，所述中心板上开设有供所述连接杆上端伸入的盲孔，所述连接杆的下端设置有卡接在所述弹性梁上的U形夹头。
[0008]上述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述连接杆的上端一体成型设置有稳定块，所述中心板上设置有供所述稳定块上端伸入的凹槽。
[0009]上述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述壳体的内壁设置有用于固定所述弧形支撑杆的环形筋板。
[0010]上述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述壳体的内壁设置有用于支撑所述弹性梁的支撑圈。
[0011]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0012]1、本实用新型的结构简单，设计新颖合理。
[0013]2、本实用新型对弹性梁的轴向应力极其敏感，在压力或拉力的作用下布拉格光栅反射光的中心波长将发生漂移，通过实验标定可建立波长漂移与应力或应变的变化关系曲线，具有良好的线性变化关系，该传感结构简单，体积小，功耗低，灵敏度高。
[0014]3、本实用新型所述弹性梁中间薄两端厚。这样能够使弹性梁快速变形，提高了弹性梁的灵敏度。
[0015]4、本实用新型的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。
[0016]综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，工作可靠性高，使用寿命长，便于推广使用。
[0017]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的结构示意图。
[0019]图2为图1的俯视图。
[0020]图3为本实用新型连接杆的结构示意图。
[0021]图4为图3的左视图。
[0022]附图标记说明:
[0023]I一壳体；2—环形筋板；3—薄膜；
[0024]4一拱形支撑架； 4-1 一中心板；4-2—弧形支撑杆；
[0025]4-3—凹槽；5—连接杆；5-1 —稳定块；
[0026]5-2一U形夹头； 6—光纤；7—布拉格光栅；
[0027]8—弹性梁；9一支撑圈；10—光源；
[0028]11 —光纤耦合器； 12—气体入口。
【具体实施方式】
[0029]如图1所不的一种基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，包括上端开口的壳体1、用于封闭所述壳体I上端开口的薄膜3和安装在所述壳体I的上端且用于支撑所述薄膜3的拱形支撑架4，所述壳体I内部形成密闭空腔，所述密闭空腔内设置有弹性梁8和连接杆5，所述弹性梁8水平布设在所述密闭空腔内，所述弹性梁8的两端均与所述壳体I的内壁连接，所述连接杆5的下端与弹性梁8的中部连接，所述连接杆5的上端与拱形支撑架4相连接，所述弹性梁8的内部嵌有沿其长度方向延伸的光纤6，所述光纤6的一端通过光纤耦合器11连接有光源10，所述光纤6上刻有布拉格光栅7，所述壳体I的侧壁设置有气体入P 12。
[0030]本实施例中，该气压传感结构在使用时，通过所述气体入口 12给密闭空腔内通入恒定压力的气体，当外界气压大于密闭空腔内的气压时，薄膜3受压并挤压拱形支撑架4，压力通过连接杆5传递至载有布拉格光栅7的弹性梁8，将迫使弹性梁8拉伸，由于光纤6与弹性梁8没有相对位移，布拉格光栅7的波长漂移量大小与外界气压大小成线性变化。当外界气压小于所述密闭空腔内的气压时，薄膜3膨胀将迫使弹性梁8收缩，同样通过布拉格光栅7的波长漂移大小可间接测量外界气压大小。所述光纤6留有尾纤与波长解调仪相连接，测量波长漂移间接测量气压。
[0031]如图1所示，所述弹性梁8两端的厚度均大于其中部的厚度。这样能够使弹性梁8快速变形，提高了弹性梁8的灵敏度。
[0032]如图2所示，所述拱形支撑架4包括中心板4-1和绕所述中心板4-1周向设置的多个弧形支撑杆4-2，所述弧形支撑杆4-2的一端与中心板4-1连接，所述弧形支撑杆4-2的另一端与壳体I的内壁连接。通过设置所述拱形支撑架4，能够有效的实现对薄膜3的支撑，其结构简单，加工方便。
[0033]如图3和图4所示，所述连接杆5的上端插入所述中心板4-1，所述中心板4_1上开设有供所述连接杆5上端伸入的盲孔，所述连接杆5的下端设置有卡接在所述弹性梁8上的U形夹头5-2。本实施例中，所述连接杆5的结构简单，能够实现弹性梁8与拱形支撑架4的有效、快速的连接。
[0034]如图3和图4所示，所述连接杆5的上端一体成型设置有稳定块5-1，所述中心板4-1上设置有供所述稳定块5-1上端伸入的凹槽4-3。通过设置稳定块5-1，能够提高连接杆5与中心板4-1的连接强度。
[0035]如图1所示，所述壳体I的内壁设置有用于固定所述弧形支撑杆4-2的环形筋板2。
[0036]如图1所示，所述壳体I的内壁设置有用于支撑所述弹性梁8的支撑圈9。
[0037]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:包括上端开口的壳体(1)、用于封闭所述壳体(I)上端开口的薄膜(3)和安装在所述壳体(I)的上端且用于支撑所述薄膜(3)的拱形支撑架(4)，所述壳体(I)内部形成密闭空腔，所述密闭空腔内设置有弹性梁(8)和连接杆(5)，所述弹性梁(8)水平布设在所述密闭空腔内，所述弹性梁(8)的两端均与所述壳体(I)的内壁连接，所述连接杆(5)的下端与弹性梁(8)的中部连接，所述连接杆(5)的上端与拱形支撑架(4)相连接，所述弹性梁(8)的内部嵌有沿其长度方向延伸的光纤(6)，所述光纤￠)的一端通过光纤耦合器(11)连接有光源(10)，所述光纤(6)上刻有布拉格光栅(7)，所述壳体(I)的侧壁上设置有气体入口(12)。
2.根据权利要求1所述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述弹性梁(8)两端的厚度均大于其中部的厚度。
3.根据权利要求1所述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述拱形支撑架⑷包括中心板(4-1)和绕所述中心板(4-1)周向设置的多个弧形支撑杆(4-2)，所述弧形支撑杆(4-2)的一端与中心板(4-1)连接，所述弧形支撑杆(4-2)的另一端与壳体⑴的内壁连接。
4.根据权利要求3所述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述连接杆(5)的上端插入所述中心板(4-1)，所述中心板(4-1)上开设有供所述连接杆(5)上端伸入的盲孔，所述连接杆(5)的下端设置有卡接在所述弹性梁(8)上的U形夹头(5-2)。
5.根据权利要求4所述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述连接杆(5)的上端一体成型设置有稳定块(5-1)，所述中心板(4-1)上设置有供所述稳定块(5-1)上端伸入的凹槽(4-3)。
6.根据权利要求3所述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述壳体(I)的内壁设置有用于固定所述弧形支撑杆(4-2)的环形筋板(2)。
7.根据权利要求1所述的基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，其特征在于:所述壳体(I)的内壁设置有用于支撑所述弹性梁(8)的支撑圈(9)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于光纤布拉格光栅的气压传感结构，包括上端开口的壳体、用于封闭壳体上端开口的薄膜和用于支撑薄膜的拱形支撑架，壳体内部形成密闭空腔，密闭空腔内设置弹性梁和连接杆，弹性梁水平布设在密闭空腔内，弹性梁两端均与壳体内壁连接，连接杆下端与弹性梁中部连接，连接杆上端与拱形支撑架连接，弹性梁内部嵌有沿其长度方向延伸的光纤，光纤一端通过光纤耦合器连接光源，光纤上刻有布拉格光栅，壳体侧壁设置气体入口。该气压传感结构利用布拉格光栅反射光在压力或拉力的作用下中心波长将发生漂移的原理，通过实验标定可建立波长漂移与应力或应变的变化关系曲线，从而可以测出气压，其结构简单，体积小，功耗低，灵敏度高。
【IPC分类】G01L11-02
【公开号】CN204612855
【申请号】CN201520338768
【发明人】张渤
【申请人】西安科技大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月23日