适用于静压测量的传感结构

1.本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种适用于静压测量的传感结构。


背景技术：

2.在传感器中，光纤压力传感器具有体积小、环境耐受性好以及可远程检测等优点，光纤fpi传感器可单端工作，易于应用加装，且体积较小，能够适用于受限空间和极端环境中。现有技术中的一些光纤fpi传感器，采用的光纤材料杨氏模量大，弹光系数小，灵敏度不高，若是涂覆高弹性的聚合材料，虽然能够一定程度上提高灵敏度，但是会增加传感器的体积和结构复杂性，若是采用膜结构的光纤fpi传感器，虽然能够达到较高的灵敏度，但是超薄的膜结构受压时易损坏，使用寿命较低。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提供一种适用于静压测量的传感结构，在提高传感结构的灵敏度的同时，也能满足体积小和结构简单的要求。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于静压测量的传感结构，包括：光纤；第一毛细管，同轴套设于所述光纤外，且所述光纤的第一端凸出于所述第一毛细管的第一端，所述第一毛细管和所述光纤之间填充有第一uv胶；第二毛细管，套设于所述第一毛细管外，且所述第二毛细管的第一端凸出于所述光纤的第一端，所述第二毛细管和所述第一毛细管之间填充有第二uv胶。
5.上述的适用于静压测量的传感结构，所述光纤的第一端的端面、所述第一毛细管的第一端的端面与所述第二毛细管的第一端的端面相互平行。
6.上述的适用于静压测量的传感结构，所述光纤的第一端的端面垂直于所述光纤的轴线。
7.上述的适用于静压测量的传感结构，所述第二毛细管的内壁具有疏水膜。
8.上述的适用于静压测量的传感结构，所述第一uv胶填充于所述第一毛细管的第一端和所述光纤之间，以及所述第一毛细管的第二端和所述光纤之间。
9.上述的适用于静压测量的传感结构，填充于所述第一毛细管的第一端处的所述第一uv胶不凸出于所述第一毛细管的第一端的端面。
10.上述的适用于静压测量的传感结构，所述第二uv胶不凸出于所述第一毛细管的第一端的端面。
11.上述的适用于静压测量的传感结构，所述光纤为单模光纤。
12.本实用新型的适用于静压测量的传感结构，至少具有如下有益效果：本传感结构含有的零部件较少，结构简单，制作成本较低，在静压测量时，将本传感结构放入液体中，光纤的第一端的端面作为反射面，与空气-液体界面一起构成fp干涉仪，第二uv胶的端面与空气-液体界面之间具有一段空气腔，即使液体的压强发生轻微变化，也会使得进入空气腔中的液体高度发生变化，从而改变了空气腔的长度，引起光路中光程的变化，能够被本传感结
构识别测量，具有较高的灵敏度。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步地说明，其中：
14.图1为本实用新型实施例的传感结构的剖视图之一；
15.图2为本实用新型实施例的传感结构的剖视图之二；
16.图3为本实用新型实施例的液体压力p与lx的关系图。
17.附图中：100光纤、200第一毛细管、210第一uv胶、300第二毛细管、310第二uv胶、320疏水膜、400液体。
具体实施方式
18.下面详细描述本实用新型的实施例，参照图1，本实用新型的实施例提供了一种适用于静压测量的传感结构，由内至外依次包括光纤100、第一毛细管200和第二毛细管300，第一毛细管200同轴套设于光纤100外，且光纤100的第一端凸出于第一毛细管200的第一端，第一毛细管200和光纤100之间填充有第一uv胶210；第二毛细管300套设于第一毛细管200外，且第二毛细管300的第一端凸出于光纤100的第一端，第二毛细管300和第一毛细管200之间填充有第二uv胶310。
19.本传感结构含有的零部件较少，结构简单，制作成本较低，在静压测量时，将本传感结构放入液体400中，光纤100的第一端的端面作为反射面，与空气-液体界面一起构成fp干涉仪，第二uv胶310的端面与空气-液体400界面之间具有一段空气腔，即使液体400的压强发生轻微变化，也会使得进入空气腔中的液体400高度发生变化，从而改变了空气腔的长度，引起光路中光程的变化，能够被本传感结构识别测量，具有较高的灵敏度。在本传感结构中，第一毛细管200能够预先固定光纤100，避免较软的光纤100弯曲下垂，套接第二毛细管300时，能够保证光纤100、第一毛细管200和第二毛细管300的同轴度。且第一毛细管200的第一端的端面和光纤100的第一端的端面之间构成一端扩展空气腔，在实际用途中，能够通过设计扩展空气腔的长度和传感结构空气腔的原始总长度，来设计传感结构的量程和灵敏度。
20.下面进一步地说明本传感结构的尺寸与本传感结构的量程及灵敏度之间的关系：
21.如图2所示，假定第二毛细管300的内径为d1，光纤100的外径为d2，光纤100的第一端凸出于第一毛细管200的第一端的长度为l0，l0也即扩展空气腔的长度，第二毛细管300的第一端凸出于光纤100的第一端的长度为l1，l0与l1的长度总和也即传感结构的空气腔的原始总长度，液体400进入到空气腔内之后，光纤100的第一端的端面到液面的最小距离为lx，在这些尺寸数据中，对于特定的传感结构，d1、d2、l0和l1均为定值，lx则为变量，由理想气体状态方程“pv＝nrt”及圆柱体的体积公式“v＝πd2l/4”，可得：
[0022][0023]
其中，a＝p0d
02
l0+p0d
12
l1，p0为初始压力，d0为扩展空气腔的相对内径，且d02＝d1
2-d22，在已知d1、d2、l0和l1的数值时，可求得传感器可承受的压力p的最小值和最大值，从而得到传感结构的量程；再由自由光谱范围fsr的原始公式“fsr＝λ2/2nl”，对应本结构变为：
[0024][0025]
根据测得的fsr的值，通过上述公式计算出lx的实际值，对应相应的压力p，进而推导出传感结构的灵敏度，根据需要，可以通过调整l0、l1和d1的数值和相互关系，进而调整所需要的量程和灵敏度。具体地，在本实用新型的实施例中，第一毛细管200的内径选取为200μm，外径选取为400μm，第二毛细管300的内径d1选取为900μm，外径选取为1100μm，光纤100的外径d2取值为125μm，l0的值设计为257μm，l1的值设计为597μm，fsr的取值范围在1580nm附近，在此数据下，实验所获得的液体400压力p与lx的关系如图3所示，在图3中，液体400的压力p与lx的拟合直线的斜率，即为传感结构的灵敏度。
[0026]
进一步地，光纤100的第一端的端面、第一毛细管200的第一端的端面与第二毛细管300的第一端的端面相互平行，且光纤100的第一端的端面垂直于光纤100的轴线，同理地，第一毛细管200的第一端的端面垂直于第一毛细管200的轴线，第二毛细管300的第一端的端面垂直于第二毛细管300的轴线，以保证测量结果的准确。
[0027]
进一步地，第一uv胶210填充于第一毛细管200的第一端和光纤100之间，以及第一毛细管200的第二端和光纤100之间，在第一毛细管200的两端填充第一uv胶210，可以方便将第一毛细管200和光纤100固定在一起，以便于后续调整第二毛细管300和光纤100之间的同轴度。具体地，第二uv胶310用于固定第一毛细管200和第二毛细管300，且填充于第一毛细管200的第一端处的第一uv胶210不凸出于第一毛细管200的第一端的端面，第二uv胶310不凸出于第一毛细管200的第一端的端面，以进一步地保证测量结果的准确性。进一步地，第二毛细管300套设于第一毛细管200的那一段完全填充有第二uv胶310，以保证第二毛细管300与第一毛细管200的固定，且第二uv胶310的端面与第一毛细管200的第一端的端面平齐，以保证测量结果的准确性。
[0028]
进一步地，第二毛细管300的内壁具有疏水膜320，具体地，可以使用疏水溶液使第二毛细管300的内壁充分浸润后，经过12小时以上的自然烘干或机械烘干，使得第二毛细管300的内壁附上一层疏水膜320，使得第二毛细管300具有疏水特性。具体地，采用的光纤100为单模光纤100。
[0029]
在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0030]
本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
[0031]
上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。