一種反射式fp腔光纖氣壓傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種反射式FP腔光纖氣壓傳感器，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、光纖光譜儀和法布里-珀羅干涉儀，其特征在于：所述的法布里-珀羅干涉儀由單模光纖組成，單模光纖一端端面為8°的傾角，且內(nèi)部有一個直徑為100-110um的圓形空氣腔，空氣腔上方有一個直徑為2-4um的小孔，使空氣腔與外部連通；單模光纖的另一端與光纖環(huán)形器連接，寬帶光源、光纖光譜儀分別與光纖環(huán)形器的另外兩端連接。本實用新型具有制備簡單、成本低、體積小和靈敏度高的特點，可應(yīng)用于氣壓變化的測量。
【專利說明】
-種反射式FP腔光纖氣壓傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型屬于傳感器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種反射式FP腔光纖氣壓傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力測量在醫(yī)藥、汽車制造業(yè)和井下油氣勘探等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用?，F(xiàn)有的氣 壓傳感器主要有電子氣壓傳感器和光纖氣壓傳感器。電子氣壓傳感器作為傳統(tǒng)的氣壓傳感 器，主要分為壓阻式傳感器和諧振式氣壓傳感器兩類。壓阻式傳感器是利用壓力敏感元件 受力時，電阻率發(fā)生變化，通過測量電路就可得到正比于力變化的電信號輸出，其具有體積 小，靈敏度高的優(yōu)點，但受溫度影響大且制作工藝復(fù)雜，造價高。諧振式氣壓傳感器是將諧 振元件所受的壓力值轉(zhuǎn)換為頻率信號的傳感器。當外界氣壓發(fā)生變化時，振動元件的固有 振動頻率隨之改變，通過相應(yīng)的測量電路，就可得到與壓力值成一定關(guān)系的電信號。諧振氣 壓傳感器具有精度高，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，但同樣其加工工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，成本較高。
[0003] 光纖傳感器是近年發(fā)展起來的新型傳感器，與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖氣壓傳感 器具有獨特的優(yōu)勢:溫度穩(wěn)定性好、抗電磁干擾和不會產(chǎn)生電火花等。因此，光纖傳感器尤 其適合在高溫、易爆的環(huán)境下進行壓力測試。各種結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)已被應(yīng)用于制備不同類 型的光纖氣壓傳感器，包括基于邊孔光纖結(jié)構(gòu)的傳感器，在單模光纖上刻寫布拉格光纖光 柵結(jié)構(gòu)的傳感器，高雙折射微結(jié)構(gòu)光纖傳感器和基于光子晶體光纖的薩格納克干設(shè)儀傳感 器等。法布里-巧羅干設(shè)儀由于其體積小、靈敏度高等優(yōu)勢在氣壓傳感中扮演了重要的角 色。許多不同結(jié)構(gòu)的FP腔光纖氣壓傳感器已經(jīng)被報道，如段等人在兩段單模光纖中間大面 積錯位烙接一小段單模光纖，形成了一種簡易的FP腔氣壓傳感器，但由于錯位面積過大，使 得傳感頭部分非常脆弱易斷；馬等人在單模光纖上烙接一節(jié)毛細管，并對其進行拉錐、加壓 和放電等處理形成了一種微腔氣壓傳感器，其溫度穩(wěn)定性非常高，但制作過程過于繁瑣且 氣壓靈敏度較低;戴等人在單模光纖上烙接一節(jié)毛細管，并在毛細管末端鍛上一層石墨締 膜形成了一種微型氣壓傳感器，其靈敏度非常高，但石墨締膜非常薄，非常容易破損且制作 成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種反射式FP腔光纖氣壓傳感 器，具有制備簡單、靈敏度高、堅固和溫度交叉靈敏度低等優(yōu)點。
[0005] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種反射式FP腔光纖氣壓傳感器，包括寬帶光 源、光纖環(huán)形器、光纖光譜儀和法布里-巧羅干設(shè)儀，其特征在于:所述的法布里-巧羅干設(shè) 儀包括單模光纖，單模光纖一端端面為8°的傾角，且內(nèi)部有一個圓形空氣腔，空氣腔上方有 一個直徑為2-4um的小孔，使空氣腔與外部連通；單模光纖的另一端與光纖環(huán)形器一端連 接，寬帶光源、光纖光譜儀分別與光纖環(huán)形器的另外兩端連接。
[0006] 本實用新型的有益效果是：
[0007] 1.傳感器整體材料為單模光纖，且制備過程中只需使用飛秒激光器和普通商用光 纖烙接機，具有成本低、制備簡單的優(yōu)點。
[000引2.制備時，對單模光纖本身進行了微加工處理，因此所述傳感器的靈敏度比一般 的光纖傳感器高出了一個量級。
[0009] 3.制備時，空氣腔體積與整個光纖相比尺寸較小，且在空氣腔上打的小孔直接僅 為2-4皿，因此所述傳感器比一般光纖傳感器堅固。
[0010] 4.由于傳感器為全光纖結(jié)構(gòu)，其溫度交叉靈敏度極低。
【附圖說明】
[0011] 下面結(jié)合附圖及具體方式對本實用新型作進一步說明。
[0012] 圖1是本實用新型的光纖干設(shè)儀結(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖2是光纖傳感器測試系統(tǒng)示意圖；
[0014] 圖中：1.法布里-巧羅干設(shè)儀，2.單模光纖，3.空氣腔，4.小孔，5.寬帶光源，6.光纖 光譜儀，7.光纖環(huán)形器。
【具體實施方式】
[0015] 圖1中，一種反射式FP腔光纖氣壓傳感器，包括寬帶光源5、光纖環(huán)形器7、光纖光譜 儀6和法布里-巧羅干設(shè)儀1，其特征在于:所述的法布里-巧羅干設(shè)儀1包括單模光纖2，單模 光纖2-端端面為8°的傾角，且內(nèi)部有一個圓形空氣腔3,空氣腔3上方有一個直徑為2-4um 的小孔4,使空氣腔3與外部連通;單模光纖2的另一端與光纖環(huán)形器7-端連接，寬帶光源5、 光纖光譜儀6分別與光纖環(huán)形器7的另外兩端連接。
[0016] 如圖2所示，進行氣壓傳感實驗時，將法布里-巧羅干設(shè)儀1密封在一個氣室中，氣 室中的氣體由小孔4進入空氣腔3中，當寬帶光源發(fā)出的光進入法布里-巧羅干設(shè)儀1時，一 部分光會在空氣腔3的前壁面發(fā)生第一次反射，另一部分光會繼續(xù)傳播并在空氣腔3的后壁 面發(fā)生第二次反射，兩束反射光相遇并產(chǎn)生干設(shè)，其輸出光強為：
相位差
I其中η是空氣腔3中氣體的折射率L是空氣腔3前壁面和后壁面之間的 距離;λ是光在真空中的波長；所為初相位。當氣室中的氣壓改變，空氣腔3中氣壓變化，其中 氣體的折射率η改變，導(dǎo)致相位差口改變，從而干設(shè)條紋發(fā)生改變，表現(xiàn)在光纖光譜儀中即 為光譜波峰的漂移，通過測量輸出中屯、波長的漂移量即可實現(xiàn)氣壓的傳感測量。
【主權(quán)項】
1. 一種反射式FP腔光纖氣壓傳感器，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、光纖光譜儀和法布 里-珀羅干涉儀，其特征在于:所述的法布里-珀羅干涉儀包括單模光纖，單模光纖一端端面 為8°的傾角，且內(nèi)部有一個圓形空氣腔，空氣腔上方有一個直徑為2-4um的小孔，使空氣腔 與外部連通;單模光纖的另一端與光纖環(huán)形器的一端連接，寬帶光源、光纖光譜儀分別與光 纖環(huán)形器的另外兩端連接。
【文檔編號】G01L11/02GK205483383SQ201620074404
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月21日
【發(fā)明人】劉亞銘, 徐賁, 黃杰
【申請人】中國計量學(xué)院