CN103697954B - 一种微腔干涉流速压差敏感结构及微腔干涉光纤流速流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微腔干涉流速压差敏感结构及微腔干涉光纤流速流量传感器；用于解决现有光纤干涉仪的干涉光路非常长，存在严重的偏振信号衰落和信号温度漂移，影响测量精度的问题。本发明的微腔干涉流速压差敏感结构包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号。

Description

一种微腔干涉流速压差敏感结构及微腔干涉光纤流速流量传感器

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种用于获得流体流速压差光波相位调制信息的微腔干涉流速压差敏感结构以及用于测量流体流速流量的微腔干涉光纤流速流量传感器。

背景技术

流体的流速与流量是现代工业控制领域最为重要的监测参量之一。实现流体流速流量测量（流量通常通过流速测量实现）的技术与方法很多，如电子式流速流量计。但很多特殊的流体流速/流量测量，如高温高压油井的原油流量测试，常规电子式测量仪器受温度限制、电磁干扰以及信号传输等限制，很难实现高精度、高可靠性的测量，甚至无法完成测量。光纤传感器具有高灵敏度、高精度、大动态范围、抗电磁干扰、以及耐高温高压等显著技术优势，受到了世界范围内的关注，国内外都开展了相关的研究。

目前发展的用于流速/流量测量的光纤传感器有涡轮式光纤流量传感器、涡街光纤流量传感器、多普勒光纤速度传感器、光纤光栅流量传感器以及干涉型光纤流量传感器等。涡轮光纤流量传感器是一种对传统涡轮流量测量技术进行改进的光纤传感器，其将流速作用下的涡轮转化为对光波信号的调制，实现流速流量测量，优点是结构简单，信号处理方式简单，但存在低速无法启动，测量精度不高等问题。涡街光纤流量传感器则利用流体通过一定障碍物后形成的两个方向相反的涡流对位于其中的光纤产生振动或微弯效应，通过微弯和振动效应监测实现流速流量测量。涡街光纤流量传感器需要流体直接作用于光纤，由于光纤本身非常脆弱，因此难以实现长期的可靠测量。

例如申请号为201010619116.5的发明专利公开了一种全光纤干涉仪式测量流量的装置与方法，包括光源、探测器和全光纤干涉仪，光源发出的光通过全光纤干涉仪进入传感光纤的两端，将传感光纤缠绕在待测流场管道表面，在待测流畅内部设置一障碍物，全光纤干涉仪的输出端连接一探测器。全光纤干涉仪可以基于以下技术：Sagnac干涉技术、Mach-Zender干涉技术、Michelson干涉技术、Fabry-Peort干涉技术及其他相位干涉技术实现。该全光纤干涉仪测量流量的方法，包括以下步骤：a、光源发出的光经过全光纤干涉仪进入传感光纤两端；b、在待测流场里设置一障碍物；流体遇到障碍物后形成有规则的两列旋转方向相反的并排旋涡称为卡门涡街，此旋涡频率与流速成正比；c、缠绕在待测流场管道表面的传感光纤受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中的光信号也就被此振动调制；d、传感光纤振动后，在全光纤干涉仪处会形成明显的干涉条纹，传感光纤内光信号相位改变时通过干涉仪输出的光信号与受到的振动对应，利用探测器对相干光信号的分析处理，即可得到待测流场的流速。

多普勒光纤速度传感器则利用投射到流体上的光束所产生的光学多普勒频移效应实现流速的精确测量，但常常因流体对光波产生的强烈吸收，而导致无法测量，同时低流速时频移量非常小，存在低速测量误差大等问题。光纤光栅流量传感器通过在流体中安置压力敏感元件，利用流体流动势能产生的压力使敏感元件产生应变，引起光纤光栅反射中心波长的移动，实现流速流量测量。尽管测量精度较高，但这种安装方式使光栅无法完全密封封装，在高温高压测试环境下无法可靠测试。干涉型光纤流量传感器利用压力对光波相位的调制，通过干涉仪（M-Z干涉仪、F-P干涉仪或迈克尔逊干涉仪）相位解调实现流速流量测量，具有非常高的灵敏度，而且通过压力敏感膜片实现流速压差到光波信号的调制，能进行敏感光路的全封闭封装，能满足高温高压环境的应用需要。但传统的光纤干涉仪的干涉光路非常长，不可避免地存在严重的偏振信号衰落和信号温度漂移，影响测量精度；同时获取流速压差的两压力敏感点存在一定距离，必然引入严重的静压干扰，导致测量灵敏度下降。

发明内容

本发明针对于现有技术的局限性，而提供了一种微腔干涉流速压差敏感结构，有效地消除静压干扰、偏振信号衰落以及信号温度漂移等，获取高精度流速压差信息，实现高精度的流速流量测量；同时提供一种微腔干涉光纤流速流量传感器，一方面能有效地消除偏振信号衰落、信号温漂以及振动扰动误差，另一方面则能实现传感光路的整体密闭封装，满足高温、高压、高污染的使用环境要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种微腔干涉流速压差敏感结构，其特征在于，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号。

进一步地，所述壳体内填充有用于稳固传输光纤和/或光纤准直器的封装填充材料。

进一步地，所述光纤准直器为自聚焦透镜。

进一步地，所述第一、第二压力敏感膜片由不锈钢制成。

一种微腔干涉光纤流速流量传感器，其特征在于，包括微腔干涉流速压差敏感模块、光纤链路模块、光源模块和光电探测处理模块；

所述微腔干涉流速压差敏感模块包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；

所述光纤链路模块包括光纤环行器，光纤环行器用于将光原模块输出的光波信号耦合进传输光纤，并将反射回来的干涉光波信号耦合输出到光电探测处理模块的光电探测器；

所述光电探测处理模块包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的A/D转换器，所述光电探测器用于将干涉光波信号转换为电信号，所述A/D转换器用于对放大后的电信号进行采样并实现模拟信号到数字信号的转换，所述A/D转换器与计算机连接。

进一步地，所述光纤链路模块还包括用于控制光源模块输出偏振态、消除偏振信号衰落的偏振控制器。

进一步地，所述壳体内填充有用于稳固传输光纤和/或光纤准直器的封装填充材料。

进一步地，所述光纤准直器为自聚焦透镜。

进一步地，所述第一、第二压力敏感膜片由不锈钢制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的微腔干涉流速压差敏感结构包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号。

本发明的有益效果所理论依据是：一、流体流动时会在流体静压力上叠加上流动势能，即存在能表征流体流动速度大小的压力差；二、压力敏感膜片在流体静压力和流速压力作用下将产生微小应变，而微小应变能对光波产生相位调制，即是说将压力转换为应变，从而改变光波信号的光程，通过光波相位检测可实现压力信息高灵敏度的获取；三、使用微腔干涉流速压敏感结构结合两臂同时测量，即分别通过第一、第二压力敏感薄片对流体静压力和流体动压力进行测量，能消除流体静压力干扰、温度漂移以及偏振信号衰落，实现表征流速的压差信息的准确获取；四、采用光分束立方结构能够使干涉光路缩短到几个厘米长，因此两干涉光路不存在温度差和偏振态波动，能消除偏振信号衰落、温度漂移、振动扰动误差等，保证能实现高精度流速测量。

综上所述，本发明的微腔干涉流速压差敏感结构能够获取高精度流速压差信号，不仅具有光纤传感其的所有优点，还具有以下特点：

一、通过光相干检测获取流体流速产生的压差，测量灵敏度高、精度高，启动流量小。

二、使用微腔干涉流速压敏感结构结合两臂同时测量，即分别通过第一、第二压力敏感膜片对流体静压力和流体动压力进行测量，能消除流体静压力干扰、温度漂移以及偏振信号衰落，实现表征流速的压差信息的准确获取。

三、采用金属压力敏感膜片实现流体静压力和流速压力的传递，使测量光学部件与被测流体隔离实现全封闭封装，满足高温高压等恶劣环境下的流体流速流量测量。

四、本发明的壳体内填充有用于稳固传输光纤和/或光纤准直器的封装填充材料，通过填充材料既能够稳固传输光纤和光纤准直器，又能起到保护传输光纤和光纤准直器的作用，通过填充不同的填充材料能够满足不同的场合使用，提高本发明的使用范围和实用性。

五、本发明的壳体实现压力敏感薄片、光分束立方和光纤准直器的安装固定和保护，满足高温高压等恶劣测试环境要求。

本发明提供的微腔干涉光纤流速流量传感器，包括微腔干涉流速压差敏感模块、光纤链路模块、光源模块和光电探测处理模块；微腔干涉流速压差敏感模块包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；光纤链路模块包括光纤环行器，光纤环行器用于将光原模块输出的光波信号耦合进传输光纤，并将反射回来的干涉光波信号耦合输出到光电探测处理模块的光电探测器；光电探测处理模块包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的A/D转换器，光电探测器用于将干涉光波信号转换为电信号，A/D转换器用于对放大后的电信号进行采样并实现模拟信号到数字信号的转换，A/D转换器与计算机连接。本发明的传感器依据压差流速测量原理，利用微腔干涉流速压差敏感结构结合两臂同时测量对流速压差引起的光波相位变化进行探测，通过光电转换、信号放大、A/D转换后，由计算机进行信号处理、数据分析，实现流体流速流量的测量，不仅测量灵敏度高，测量精度高，而且能满足高温高压等恶劣环境的应用要求。同时能够有效地消除偏振信号衰落、信号温漂以及振动扰动误差，另一方面则能实现传感光路的整体密闭封装，满足高温、高压、高污染的使用环境要求。

本发明的光纤链路模块还包括用于控制光源模块输出偏振态、消除偏振信号衰落的偏振控制器，从而提高测量的精度。

附图说明

图1是本发明的微腔干涉流速压差敏感结构一实施例的示意图；

图2是本发明的光分束立方结构示意图；

图3是本发明的微腔干涉光纤流速流量传感器一实施例的结构框图；

图中标记：1、传输光纤，2、封装填充材料，3、壳体，4、光纤准直器，5、光分束立方，6、第二压力敏感膜片，7、第一压力敏感膜片，8、半反半透膜，9、增透膜。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明提供的一种微腔干涉流速压差敏感结构，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；第一、第二压力敏感薄片的作用是将作用在压力敏感薄片上的压力转换为应变，改变光波信号的光程；光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉，即形成微腔干涉光路，从而形成携带有流速压差信息的干涉光波信号。

作为本发明的一种实施方式，传输光纤可以采用标准的单模光纤。壳体的结构可以根据其内部的光纤准直器和光分束立方的结构进行设定，也可以在壳体内填充封装填充材料，壳体结合封装填充材料一起实现光纤准直器和光分束立方的安装和固定，壳体的材质可以采用不锈钢加工，实现压力敏感膜片、光纤准直器和光分束立方的安装固定与保护，满足高温高压等恶劣测试环境要求。壳体也可以根据不同的使用场合，使用不同的材质加工而成。封装填充材料可以使用耐高温无机胶，也可以采用其他的材料，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。

结合图2所示，光分束立方为尺寸5-10mm的正方体，由两个三棱柱胶合在一起构成，在胶合面上镀上半反半透膜，作为选择的方式在光分束立方的外表面上镀有增透膜；光分束立方的功能是将输入光分成两束光，即一路透射光、一路反射光，同时透射光和反射光能沿原光路返回，并在半反半透膜的胶合面上产生干涉，获得与透射光路和反射光路的光程相关的干涉光波信号。当压力敏感薄片在压力作用下产生应变，两光路的光程差将发生变化，导致干涉光波信号（干涉条纹）发生变化，实现对两压力敏感薄片的压力差的探测，从而形成携带有流速压差信息的干涉光波信号。通过光分束立方能够使干涉光路缩短到几个厘米长，现有的光纤干涉仪相比，缩短了干涉光路的长度，使得本发明两干涉光路不存在温度差和偏振态波动，能消除偏振信号衰落、温度漂移、振动扰动误差等，保证能实现高精度流速测量。

由于流体内顺着流动方向除了与深度有关的静压力外，还存在流速势能导致的流速压力，因此本发明的光分束立方连有用于感知流体静压力的第一压力敏感薄片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感薄片，从而能消除流体静压力干扰、温度漂移以及偏振信号衰落，实现表征流速的压差信息的准确获取。

光纤准直器为现有技术产品，可以采用自聚焦透镜作为光纤准直器。

进一步地，第一、第二压力敏感膜片由不锈钢制成，第一、第二压力敏感薄片的作用是将其上的压力转换为应变，改变光波信号的光程。

本发明提供的微腔干涉光纤流速流量传感器，包括微腔干涉流速压差敏感模块、光纤链路模块、光源模块和光电探测处理模块；

微腔干涉流速压差敏感模块包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；

光纤链路模块包括光纤环行器，光纤环行器也属于现有技术产品，光纤环行器用于将光原模块输出的光波信号耦合进传输光纤，并将反射回来的干涉光波信号耦合输出到光电探测处理模块的光电探测器；

光电探测处理模块包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的A/D转换器，光电探测器用于将干涉光波信号转换为电信号，A/D转换器用于对放大后的电信号进行采样并实现模拟信号到数字信号的转换，A/D转换器与计算机连接。计算机可以为嵌入式计算机，由嵌入式CPU板和辅助电路构成，实现传感信号的分析与处理，对流速信息进行精确提取，并提供VGA、USB、RS232C、RJ45等数据接口，构成光纤速流速流量传感系统，嵌入式计算机是现有技术产品，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。计算机也可以为微腔干涉光纤流速流量传感器之外的结构，传感器通过A/D转换器实现与外部计算机的电连接。

光源模块主要功能是产生一定功率与相干长度的激光，作为一种选择的方式，光源模块采用半导体激光器，激光器线宽要保证有一定的相干长度，在在温度与功率控制电路以及起偏器作用下，输出波长稳定、功率稳定的线偏振光。

进一步地，光纤链路模块还包括用于控制光源模块输出偏振态、消除偏振信号衰落的偏振控制器，即是说偏振控制器连接在光源模块与光纤环行器之间。

光电探测器、偏振控制器属于现有技术产品，光电探测器可以采用PIN光电探测器或APD光电探测器；偏振控制器则采用光纤偏振控制器。

本发明的微腔干涉光纤流速流量传感器的工作过程是，光源模块发出功率、波长稳定，具有一定相干长度和功率的线偏振激光后，经过偏振控制器后，输入到光纤环行器，光纤环行器输入到传输光纤中，在微腔干涉流速压差敏感结构中获得流体的流速压差信息，并反射耦合到传输光纤中，在经过光纤环行器输出到光电探测器，光电探测器将干涉光波信号转换为电信号，进行电路放大和A/D转换后，由计算机进行数据分析处理，输出测量结果。

实施例一

本实施例的微腔干涉流速压差敏感结构，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号。

实施例二

本实施例的微腔干涉流速压差敏感结构，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；壳体内填充有用于稳固传输光纤和/或光纤准直器的封装填充材料。

实施例三

本实施例的微腔干涉流速压差敏感结构，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的自聚焦透镜和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述自聚焦透镜将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将自聚焦透镜的输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号。

实施例四

本实施例的微腔干涉流速压差敏感结构，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的自聚焦透镜和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片，第一、第二压力敏感薄片由不锈钢制成；自聚焦透镜将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将自聚焦透镜的输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号。

实施例五

本实施例的微腔干涉流速压差敏感结构，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的自聚焦透镜和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片，第一、第二压力敏感薄片由不锈钢制成；自聚焦透镜将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将自聚焦透镜的输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；壳体内填充有用于稳固传输光纤和/或光纤准直器的耐高温无机胶。

实施例六

本实施例的微腔干涉光纤流速流量传感器，包括微腔干涉流速压差敏感模块、光纤链路模块、光源模块和光电探测处理模块；

微腔干涉流速压差敏感模块，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；

光纤链路模块包括光纤环行器，光纤环行器用于将光原模块输出的光波信号耦合进传输光纤，并将反射回来的干涉光波信号耦合输出到光电探测处理模块的光电探测器；

光电探测处理模块包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的A/D转换器，所述光电探测器用于将干涉光波信号转换为电信号，所述A/D转换器用于对放大后的电信号进行采样并实现模拟信号到数字信号的转换，所述A/D转换器与嵌入式计算机连接。

实施例七

本实施例的微腔干涉光纤流速流量传感器，包括微腔干涉流速压差敏感模块、光纤链路模块、光源模块和光电探测处理模块；

微腔干涉流速压差敏感模块，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；

光纤链路模块包括光纤环行器，光纤环行器用于将光原模块输出的光波信号耦合进传输光纤，并将反射回来的干涉光波信号耦合输出到光电探测处理模块的光电探测器；

光电探测处理模块包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的A/D转换器，所述光电探测器用于将干涉光波信号转换为电信号，所述A/D转换器用于对放大后的电信号进行采样并实现模拟信号到数字信号的转换，所述A/D转换器与外部的计算机连接。

实施例八

本实施例的微腔干涉光纤流速流量传感器，包括微腔干涉流速压差敏感模块、光纤链路模块、光源模块和光电探测处理模块；

微腔干涉流速压差敏感模块，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；壳体内填充有用于稳固传输光纤和/或光纤准直器的封装填充材料；

光纤链路模块包括光纤环行器，光纤环行器用于将光原模块输出的光波信号耦合进传输光纤，并将反射回来的干涉光波信号耦合输出到光电探测处理模块的光电探测器；

光电探测处理模块包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的A/D转换器，所述光电探测器用于将干涉光波信号转换为电信号，所述A/D转换器用于对放大后的电信号进行采样并实现模拟信号到数字信号的转换，所述A/D转换器与外部的计算机连接。

实施例九

本实施例的微腔干涉光纤流速流量传感器，包括微腔干涉流速压差敏感模块、光纤链路模块、光源模块和光电探测处理模块；

微腔干涉流速压差敏感模块，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的自聚焦透镜和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述自聚焦透镜将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将自聚焦透镜的输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；

光纤链路模块包括光纤环行器，光纤环行器用于将光原模块输出的光波信号耦合进传输光纤，并将反射回来的干涉光波信号耦合输出到光电探测处理模块的光电探测器；光纤链路模块还包括用于控制光源模块输出偏振态、消除偏振信号衰落的偏振控制器。

光电探测处理模块包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的A/D转换器，所述光电探测器用于将干涉光波信号转换为电信号，所述A/D转换器用于对放大后的电信号进行采样并实现模拟信号到数字信号的转换，所述A/D转换器与嵌入式计算机连接。

实施例十

本实施例的微腔干涉光纤流速流量传感器，包括微腔干涉流速压差敏感模块、光纤链路模块、光源模块和光电探测处理模块；

微腔干涉流速压差敏感模块，包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的自聚焦透镜和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片，第一、第二压力敏感薄片由不锈钢制成；自聚焦透镜将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将自聚焦透镜的输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；壳体内填充有用于稳固传输光纤和/或光纤准直器的耐高温无机胶；

光纤链路模块包括光纤环行器，光纤环行器用于将光原模块输出的光波信号耦合进传输光纤，并将反射回来的干涉光波信号耦合输出到光电探测处理模块的光电探测器；光纤链路模块还包括用于控制光源模块输出偏振态、消除偏振信号衰落的偏振控制器。

光电探测处理模块包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的A/D转换器，所述光电探测器用于将干涉光波信号转换为电信号，所述A/D转换器用于对放大后的电信号进行采样并实现模拟信号到数字信号的转换，所述A/D转换器与外部的计算机连接。

Claims (7)

1.一种微腔干涉流速压差敏感结构，其特征在于，包括传输光纤（1）、壳体（3）、设置在壳体内的光纤准直器（4）和光分束立方（5）；所述光分束立方（5）连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片（7）以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片（6）；所述光纤准直器（4）将传输光纤（1）中的光波信号准直并输出到光分束立方（5）上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤（1）；所述光分束立方（5）将光纤准直器（4）输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；所述壳体（3）内填充有用于稳固传输光纤（1）和/或光纤准直器（4）的封装填充材料（2）；所述光纤准直器为自聚焦透镜。

2.根据权利要求1所述的微腔干涉流速压差敏感结构，其特征在于，所述第一、第二压力敏感膜片由不锈钢制成。

3.一种微腔干涉光纤流速流量传感器，其特征在于，包括微腔干涉流速压差敏感模块、光纤链路模块、光源模块和光电探测处理模块；

所述微腔干涉流速压差敏感模块包括传输光纤、壳体、设置在壳体内的光纤准直器和光分束立方；所述光分束立方连接有并套设在壳体上的用于感知流体静压力的第一压力敏感膜片以及用于感知流体流速压力的第二压力敏感膜片；所述光纤准直器将传输光纤中的光波信号准直并输出到光分束立方上，并将第一、第二压力敏感膜片反射回来产生的干涉光波信号耦合进传输光纤；所述光分束立方将光纤准直器输出光分成两束，并使第一、第二压力敏感膜片的反射光产生干涉形成携带有流速压差信息的干涉光波信号；

所述光纤链路模块包括光纤环行器，光纤环行器用于将光原模块输出的光波信号耦合进传输光纤，并将反射回来的干涉光波信号耦合输出到光电探测处理模块的光电探测器；

所述光电探测处理模块包括光电探测器、与光电探测器电连接的信号放大器、与信号放大器电连接的A/D转换器，所述光电探测器用于将干涉光波信号转换为电信号，所述A/D转换器用于对放大后的电信号进行采样并实现模拟信号到数字信号的转换，所述A/D转换器与计算机连接。

4.根据权利要求3所述的微腔干涉光纤流速流量传感器，其特征在于，所述光纤链路模块还包括用于控制光源模块输出偏振态、消除偏振信号衰落的偏振控制器。

5.根据权利要求4所述的微腔干涉光纤流速流量传感器，其特征在于，所述壳体内填充有用于稳固传输光纤和/或光纤准直器的封装填充材料。

6.根据权利要求5所述的微腔干涉光纤流速流量传感器，其特征在于，所述光纤准直器为自聚焦透镜。

7.根据权利要求3—5任一所述的微腔干涉光纤流速流量传感器，其特征在于，所述第一、第二压力敏感膜片由不锈钢制成。