压力传感装置的制作方法

1.本技术涉及压力检测领域，具体而言涉及一种压力传感装置。


背景技术：

2.压力是指发生在两个物体的接触表面的作用力，或者是气体对于固体和液体表面的垂直作用力，或者是液体对于固体表面的垂直作用力。
3.现有技术，对于微小压力的测量，一般采用压力＝压强
×
受力面积(f＝ps)，需要先测量受力的面积s，和压强p，然后通过计算得到待测压力。
4.但是，上述现有技术当需要检测压力时，需要检测的物理量较多，易于产生误差，使得对压力的检测结果不准确，并且检测压力的精度较差。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种压力传感装置，以解决现有技术中当需要检测压力时，需要检测的物理量较多，易于产生误差，使得对压力的检测结果不准确，并且检测压力的精度较差的问题。
6.为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
7.第一方面，本技术提供一种压力传感装置，装置包括：分叉光纤、弹性部、光源、第一光谱仪、第二光谱仪和压力检测台；分叉光纤包括入射光纤、第一出射光纤和第二出射光纤，第一出射光纤和第二出射光纤的一端均与入射光纤一端连接，第一出射光纤和第二出射光纤之间设置有夹角，第一出射光纤和第二出射光纤的夹角位置设置有弹性部，光源设置在入射光纤远离第一出射光纤和第二出射光纤的一端，第一出射光纤远离入射光纤的一端设置有第一光谱仪，第二出射光纤远离入射光纤的一端设置有第二光谱仪，压力检测台设置在第一出射光纤远离第二出射光纤的一侧，且压力检测台在水平面上的投影与第一出射光纤与第二出射光纤的夹角位置在水平面上的投影位置相同。
8.可选地，该弹性部的材料为弹性材料。
9.可选地，该弹性部内设置有金属部，金属部的材料为贵金属材料。
10.可选地，该装置还包括金属层，金属层设置在第一出射光纤和第二出射光纤的夹角位置的侧壁上，且金属层设置在第一出射光纤和第二出射光纤的包层纤芯外部。
11.可选地，该金属层为金属颗粒层或者金属膜。
12.可选地，该金属层的材料为贵金属材料。
13.可选地，该弹性部的两端延伸至第一出射光纤和第二出射光纤的包层内部。
14.可选地，该装置还包括压电材料部，压电材料部设置在弹性部靠近第一出射光纤或者第二出射光纤的一侧。
15.本发明的有益效果是：
16.本技术提供的压力传感装置包括：分叉光纤、弹性部、光源、第一光谱仪、第二光谱仪和压力检测台；分叉光纤包括入射光纤、第一出射光纤和第二出射光纤，第一出射光纤和
第二出射光纤的一端均与入射光纤一端连接，第一出射光纤和第二出射光纤之间设置有夹角，第一出射光纤和第二出射光纤的夹角位置设置有弹性部，光源设置在入射光纤远离第一出射光纤和第二出射光纤的一端，第一出射光纤远离入射光纤的一端设置有第一光谱仪，第二出射光纤远离入射光纤的一端设置有第二光谱仪，压力检测台设置在第一出射光纤远离第二出射光纤的一侧，且压力检测台在水平面上的投影与第一出射光纤与第二出射光纤的夹角位置在水平面上的投影位置相同；当需要对待测物体的压力进行检测的时候，将待测物体放置到该压力检测台上，由于该第一出射光纤和第二出射光纤之间存在夹角，且该夹角内部设置有弹性部，则该弹性部在该压力检测台上的待测物体的作用下产生形变，并且由于该弹性部与该第一出射光纤和第二出射光纤均连接，进而改变该第一出射光纤和第二出射光纤之间的夹角的角度，使得该第一出射光纤和第二出射光纤内部的光信号的传播路径发生改变，进而改变通过该第一出射光纤和第二出射光纤的出射光信号，通过该第一光谱仪和第二光谱仪对该出射光信号的检测，并通过出射光信号的改变与待测物体的压力的对应关系，得到该待测物体作用的压力。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本发明一实施例提供的一种压力传感装置的结构示意图；
19.图2为本发明一实施例提供的另一种压力传感装置的结构示意图；
20.图3为本发明一实施例提供的另一种压力传感装置的结构示意图；
21.图4为本发明一实施例提供的另一种压力传感装置的结构示意图。
22.图标：1
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入射光纤；2
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第一出射光纤；3
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第二出射光纤；4
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弹性部；5
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压力检测台；6
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光源；7
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第一光谱仪；8
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第二光谱仪；9
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金属层；10
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压电材料部。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该
发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
28.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。
30.图1为本发明一实施例提供的一种压力传感装置的结构示意图；如图1所示，本技术提供一种压力传感装置，装置包括：分叉光纤、弹性部4、光源6、第一光谱仪7、第二光谱仪8和压力检测台5；分叉光纤包括入射光纤1、第一出射光纤2和第二出射光纤3，第一出射光纤2和第二出射光纤3的一端均与入射光纤1一端连接，第一出射光纤2和第二出射光纤3之间设置有夹角，第一出射光纤2和第二出射光纤3的夹角位置设置有弹性部4，光源6设置在入射光纤1远离第一出射光纤2和第二出射光纤3的一端，第一出射光纤2远离入射光纤1的一端设置有第一光谱仪7，第二出射光纤3远离入射光纤1的一端设置有第二光谱仪8，压力检测台5设置在第一出射光纤2远离第二出射光纤3的一侧，且压力检测台5在水平面上的投影与第一出射光纤2与第二出射光纤3的夹角位置在水平面上的投影位置相同。
31.该分叉光纤可以为一条光纤，也可以为多条光纤连接而成的，在此不做具体限定，若该分叉光纤为整体的一条光纤，则该光纤的出射端为分叉结构，即将一个出射段进行分割成两条出射端，但是不影响光信号通过该出射端出射，若该分叉光纤为多条光纤连接而成，则使用一条入射光纤1、第一出射光纤2和第二出射光纤3一共三条出射光纤连接而成，并入射光纤1的出射端分别与该第一出射光纤2和第二出射光纤3的入射端连接，并且该第一出射光纤2和第二出射光纤3之间还具有一个夹角，且该夹角一般为锐角，该第一出射光纤2与第二出射光纤3的夹角中设置有该弹性部4，弹性部4可以为块状结构，也可以为多个相互平行的弹性板，在此不做具体限定，该弹性部4用于在压力的作用下产生形变，并在没有压力的时候对该第一出射光纤2和第二出射光纤3进行支撑，该压力检测台5设置在第一出射光纤2远离第二出射光纤3的一侧，且压力检测台5在水平面上的投影与第一出射光纤2与第二出射光纤3的夹角位置在水平面上的投影位置相同，即一般的，该第一出射光纤2设置在该第二出射光纤3的上部，该压力检测台5设置在该第一出射光纤2的上部，将该压力检测台5设置在该第一出射光纤2和第二出射光纤3的连接位置的夹角处，使得将待测物体设置在改压力检测台5上时，该压力的作用点在该第一出射光纤2和第二出射光纤3的连接处，即可以更加限度的使得该第一出射光纤2和第二出射光纤3的相对位置发生改变，进而使得对待测物体压力的检测更加准确，光源6设置在入射光纤1远离第一出射光纤2和第二出射光纤3的一端，第一出射光纤2远离入射光纤1的一端设置有第一光谱仪7，第二出射光纤3远
离入射光纤1的一端设置有第二光谱仪8，当需要对该待测物体的压力进行检测之前，先打开光纤，使得光信号通过该入射光纤1进入到第一出射光纤2和第二出射光纤3内部，并通过该第一出射光纤2和第二出射光纤3出射，达到第一光谱仪7和第二光谱仪8上，通过第一光谱仪7检测该第一出射光纤2的出射光信号的量，并通过第二光谱仪8检测第二出射关系概念的出射光信号的量，之后当需要对待测物体的压力进行检测的时候，将待测物体放置到该压力检测台5上，由于该第一出射光纤2和第二出射光纤3之间存在夹角，且该夹角内部设置有弹性部4，则该弹性部4在该压力检测台5上的待测物体的作用下产生形变，并且由于该弹性部4与该第一出射光纤2和第二出射光纤3均连接，进而改变该第一出射光纤2和第二出射光纤3之间的夹角的角度，使得该第一出射光纤2和第二出射光纤3内部的光信号的传播路径发生改变，进而改变通过该第一出射光纤2和第二出射光纤3的出射光信号，通过该第一光谱仪7和第二光谱仪8对该出射光信号的检测，并通过出射光信号的改变与待测物体的压力的对应关系，得到该待测物体作用的压力，需要说明的是，该光信号的改变与待测物体的压力的对应关系，根据实验测量得到，在此不做具体限定，一般的，通过未放置待测物体之前检测第一出射光纤2的出射光信号与放置待测物体之后检测的第一出射光纤2的出射光信号的差值，和未放置待测物体之前检测第二出射光纤3的出射光信号与放置待测物体之后检测的第二出射光纤3的出射光信号的差值，得到该第一出射光纤2和第二出射光纤3输出的光信号的变化情况，并根据该第一出射光纤2和第二出射光纤3输出的光信号的变化情况得到该第一出射光纤2和第二出射光纤3的形变情况，进而通过该第一出射光纤2和第二出射光纤3的形变情况得到该待测物体作用的压力。
32.本技术具体的有益效果为：(1)将待测物体的压力转化为第一出射光纤2和第二出射光纤3中出射的光信号的改变量，光信号的改变量可以测得很精准，因此可以精确的测量压力的变化。(2)本发明的装置检测部是光纤的一个端口，尺寸很小，也很利于器件的集成。(3)本发明利用光纤传输信号损耗低，抗干扰能力强，所以测得的信号受本身损耗的影响和外界信号的干扰的影响很小，因此能准确的测量压力的变化。(4)由于弹性部4的变化具有可逆性，所以本发明的压力测量装置在测量了大的压力之后，也就是弹性部4受到很大的挤压后，还能恢复到原来的状态，不影响下一次的测量。
33.可选地，该弹性部4的材料为弹性材料。
34.弹性材料的弹性部4的形变可逆，使得本技术的装置可以用于多次的测量，并且在测量之后不影响下次的测量精度。
35.可选地，该弹性部4内设置有金属部，金属部的材料为贵金属材料。
36.当该弹性部4内设置有金属部时，当在压力的作用下该第一出射光纤2和第二出射光纤3之间的夹角发生改变，进而使得光信号通过该入射光纤1进入到第一出射光纤2和第二出射光纤3的后传播路径和反射的光信号的大小会发生变化，进而使得光信号的经过岔口后传播路径和反射的光信号的大小会发生变化，导致在第一出射光纤2和第二出射光纤3的出射端处接收到的光信号的强度不同，从而反映待测压力的大小。另方面，第一出射光纤2的曲率也会发生变化，导致一出射光纤和第二出射光纤3里面传播的光信号路径也会发生变化，导致在一出射光纤和第二出射光纤3的端口接收到的光信号的强度不同，从而反映待测压力的大小。当测量压力大小时，这两个方面共同作用，使得该传感装置更灵敏；再一方面，金属材料会导通一出射光纤和第二出射光纤3上的光信号(电磁波)，光信号在贵金属材
料会激发表面等离激元，也就是在贵金属材料的表面会聚集大量的电子，也就是贵金属材料给一出射光纤和第二出射光纤3的光信号提供了直接耦合的桥梁。所以当有压力施加时，金属部发生弯曲，导致金属部材料上的电子的分布发生变化，也就是一出射光纤和第二出射光纤3之间光信号的耦合发生变化，导致在一出射光纤和第二出射光纤3的端口接收到的光信号的强度发生变化。金属部上的电子的分布，很容易受形状变化的改变，特别是曲率的变化，所以通过压力改变贵金属部上的电子分布，可以测得压力很微小的变化，使得该传感装置的灵敏度更高。
37.图2为本发明一实施例提供的另一种压力传感装置的结构示意图；如图2所示，可选地，该装置还包括金属层9，金属层9设置在第一出射光纤2和第二出射光纤3的夹角位置的侧壁上，且金属层9设置在第一出射光纤2和第二出射光纤3的包层纤芯外部。
38.可选地，该金属层9为金属颗粒层或者金属膜。
39.金属颗粒层或者金属膜的金属层9设置在第一出射光纤2和第二出射光纤3的夹角位置的侧壁上，且金属层9设置在第一出射光纤2和第二出射光纤3的包层纤芯外部，第一出射光纤2和第二出射光纤3里面的光到达金属颗粒层或者金属膜时，在金属颗粒层或者金属膜的表面激发表面等离激元效应，在表面等离激元效应的作用下金属颗粒层或者金属膜的表面会聚集大量的电子，外界的挤压让交叉口的张角发生变化，会改变上面电子的分布，所以外界微小的挤压会使光信号发生很强的变化，使得此装置的灵敏度更高。另外地，分岔口第一出射光纤2和第二出射光纤3之间的夹角被挤压发生形变后，金属颗粒层或者金属膜发生共振的波长也会发生变化，所以还可以通过波长的移动反映压力的大小。
40.可选地，该金属层9的材料为贵金属材料。
41.该金属层9的材料可以为贵金属材料中的一种，也可以为贵金属材料中的多种贵金属材料的组合，若该金属层9的材料为多种贵金属材料的组合，则该金属层9中的贵金属的种类与各个种类贵金属之间的比例，根据实际需要进行设置，在此不做具体限定。
42.图3为本发明一实施例提供的另一种压力传感装置的结构示意图；如图3所示，可选地，该弹性部4的两端延伸至第一出射光纤2和第二出射光纤3的包层内部。
43.该弹性部4可以为块状，也可以为多个相互平行的条状，条状或者块状的弹性部4的两端延伸至第一出射光纤2和第二出射光纤3的包层内部，使得该弹性部4可以和第一出射光纤2和第二出射光纤3的纤芯中的光信号充分的接触，金属材料会导通第一出射光纤2和第二出射光纤3上的光信号(电磁波)更多，也就是在贵金属材料的表面会聚集的电子更多，也就是贵金属材料给第一出射光纤2和第二出射光纤3的光信号提供的耦合更强，所以外界压力的变化使得耦合的强度变化更大，进而使得该传感装置的灵敏度更高。
44.图4为本发明一实施例提供的另一种压力传感装置的结构示意图；如图4所示，可选地，该装置还包括压电材料部10，压电材料部10设置在弹性部4靠近第一出射光纤2或者第二出射光纤3的一侧。
45.压电材料部10在弹性部4和第一出射光纤2或者第二出射光纤3的挤压下，在压电材料部10的表面产生电荷，该电荷和第一出射光纤2或者第二出射光纤3中的光信号(电磁波)一起，传输到第一光谱仪7或者第二光谱仪8上，使得此装置的灵敏度更高。
46.本技术提供的压力传感装置包括：分叉光纤、弹性部4、光源6、第一光谱仪7、第二光谱仪8和压力检测台5；分叉光纤包括入射光纤1、第一出射光纤2和第二出射光纤3，第一
出射光纤2和第二出射光纤3的一端均与入射光纤1一端连接，第一出射光纤2和第二出射光纤3之间设置有夹角，第一出射光纤2和第二出射光纤3的夹角位置设置有弹性部4，光源6设置在入射光纤1远离第一出射光纤2和第二出射光纤3的一端，第一出射光纤2远离入射光纤1的一端设置有第一光谱仪7，第二出射光纤3远离入射光纤1的一端设置有第二光谱仪8，压力检测台5设置在第一出射光纤2远离第二出射光纤3的一侧，且压力检测台5在水平面上的投影与第一出射光纤2与第二出射光纤3的夹角位置在水平面上的投影位置相同；当需要对待测物体的压力进行检测的时候，将待测物体放置到该压力检测台5上，由于该第一出射光纤2和第二出射光纤3之间存在夹角，且该夹角内部设置有弹性部4，则该弹性部4在该压力检测台5上的待测物体的作用下产生形变，并且由于该弹性部4与该第一出射光纤2和第二出射光纤3均连接，进而改变该第一出射光纤2和第二出射光纤3之间的夹角的角度，使得该第一出射光纤2和第二出射光纤3内部的光信号的传播路径发生改变，进而改变通过该第一出射光纤2和第二出射光纤3的出射光信号，通过该第一光谱仪7和第二光谱仪8对该出射光信号的检测，并通过出射光信号的改变与待测物体的压力的对应关系，得到该待测物体作用的压力。
47.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。