CN103697921B - 一种光纤传感头和基于该传感头的测量应变、应力和压力的光纤传感系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种光纤传感头和基于该传感头的测量应变、应力和压力的光纤传感系统及方法，属于光纤传感系统领域。它是为了解决现有光纤应力传感头只能从纤芯的轴向施加应力，光纤容易变形，从而导致测量范围小的问题。本发明所述的一种光纤传感头和基于该传感头的测量应变、应力和压力的光纤传感系统及方法，通过在光纤上开一空气通道，改变了光路的方向，实现了将受力方向从面积较小的轴向转换到面积较大的径向上的效果，并且光纤包层与薄膜共同组成FP腔，其受力方向能够直接施加在光纤侧面，光纤侧面受力面积大，因此能承受更大的压力，使光纤传感系统能够测量的压力值提高了至少100倍。本发明适用于测量光学领域中的应变和压力。

Description

一种光纤传感头和基于该传感头的测量应变、应力和压力的光纤传感系统及方法

技术领域

本发明属于光纤传感系统领域。

背景技术

传统的基于FP腔（Fabry-Perot腔，法布里珀罗腔）的光纤应力传感头，其FP腔普遍分布在沿光纤纤芯方向，例如，在两根单模光纤中间加入空心光纤，将空心光纤部分作为FP腔；或者是在光纤的尾端镀一层有机薄膜，将有机薄膜作为FP腔；或者在光纤尾端附近制备微通道，将微通道作为FP腔。对于诸如上述的结构，测应力的方法是，只能从纤芯的轴向施加应力，然而如果施加应力较大时，会造成光纤弯曲变形，这样光谱仪接收到的信号不能准确反映其受力情况，严重时会出现光纤断裂的情况。因此这上述结构对于应变和压力的测量范围遇到了很大的瓶颈。

发明内容

本发明是为了解决现有光纤应力传感头只能从纤芯的轴向施加应力，光纤容易变形，从而导致测量范围小的问题，现提供一种光纤传感头和基于该传感头的测量应变、应力和压力的光纤传感系统及方法。

一种光纤传感头，它包括：基座、光纤和薄膜；

薄膜包裹在光纤外侧，基座为圆筒形，该基座套固在薄膜外表面；

所述光纤包括：光纤纤芯和光纤包层；光纤包层包裹在光纤纤芯的外侧；

在光纤上开有三棱柱形的空气通道，该空气通道的截面为等腰直角三角形，且该直角三角形的斜边所在平面与光纤轴的夹角为45度，该直角三角形的直角边的边长等于光纤纤芯的直径；该空气通道的长度等于光纤的直径，与该空气通道对应的基座的内壁上开有材料槽，且该材料槽与光纤纤芯相对应，该材料槽的宽度等于光纤纤芯的直径，该材料槽内填充有反射材料。

一种测量应变、应力和压力的光纤传感系统，它包括：光源、3dB耦合器、光纤传感头、光谱仪和信号处理模块；

光源发出的光经3dB耦合器传输至光纤传感头中，光纤传感头将该光反射到3dB耦合器中，3dB耦合器将光纤传感头反射的光传输到光谱仪中，该光谱仪的光谱信号输出端连接信号处理模块的光谱信号输入端；

所述信号处理模块包括以下单元：

获得光纤传感头不受外力时，光纤包层与薄膜构成的FP腔的腔长L的单元；

获得光纤传感头受外力时，光纤包层与薄膜构成的FP腔的腔长L,的单元；

获得光纤包层与薄膜构成的FP腔的腔长变化值△L的单元；

根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得应变ε的单元；

根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得施加在光纤传感头上的压力F的单元；

根据FP腔的腔长变化值△L，获得应力△P的单元；

所述光纤传感头包括：基座、光纤和薄膜；

薄膜包裹在光纤外侧，基座为圆筒形，该基座套固在薄膜外表面；

所述光纤包括：光纤纤芯和光纤包层；光纤包层包裹在光纤纤芯的外侧；

在光纤上开有三棱柱形的空气通道，该空气通道的截面为等腰直角三角形，且该直角三角形的斜边所在平面与光纤轴的夹角为45度，该直角三角形的直角边的边长等于光纤纤芯的直径；该空气通道的长度等于光纤的直径，与该空气通道对应的基座的内壁上开有材料槽，且该材料槽与光纤纤芯相对应，该材料槽的宽度等于光纤纤芯的直径，该材料槽内填充有反射材料。

一种测量应变、应力和压力的方法，该方法是基于下述装置实现的，

所述装置包括：光源、3dB耦合器、光纤传感头和光谱仪；

光源发出的光经3dB耦合器传输至光纤传感头中，光纤传感头将该光反射到3dB耦合器中，3dB耦合器将光纤传感头反射的光传输到光谱仪中；

所述光纤传感头包括：基座、光纤和薄膜；

薄膜包裹在光纤外侧，基座为圆筒形，该基座套固在薄膜外表面；

所述光纤包括：光纤纤芯和光纤包层；光纤包层包裹在光纤纤芯的外侧；

在光纤上开有三棱柱形的空气通道，该空气通道的截面为等腰直角三角形，且该直角三角形的斜边所在平面与光纤轴的夹角为45度，该直角三角形的直角边的边长等于光纤纤芯的直径；该空气通道的长度等于光纤的直径，与该空气通道对应的基座的内壁上开有材料槽，且该材料槽与光纤纤芯相对应，该材料槽的宽度等于光纤纤芯的直径，该材料槽内填充有反射材料；

基于上述装置的测量应变、应力和压力的方法包括以下步骤：

步骤一：保持光纤传感头不受外力，采集光谱仪中采集到的光谱的相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁和λ₂；然后执行步骤二；

步骤二：利用步骤一获得的相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁和λ₂，获得光纤包层与薄膜构成的FP腔的腔长值L，

$L=\frac{{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2}{{2n}_3({\mathrm{\λ}}_2-{\mathrm{\λ}}_1)},$

其中，n₃为光纤包层的折射率，然后执行步骤三；

步骤三：将待测压力F施加在光纤传感头的基座上，采集光谱仪中采集到的变化后的光谱的中相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁’和λ₂’；然后执行步骤四；

步骤四：利用步骤三获得的变化后的光谱的中相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁’和λ₂’，获得变化后的FP腔的腔长值L’，

$L^{\′}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1^{\′}{\mathrm{\λ}}_2^{\′}}{{2n}_3({\mathrm{\λ}}_2^{\′}-{\mathrm{\λ}}_1^{\′})},$

然后执行步骤五；

步骤五：利用FP腔的腔长值L和变化后的FP腔的腔长值L’，获得FP腔的腔长变化值△L，

△L=L-L’，

然后同时执行步骤六、步骤七和步骤八；

步骤六：根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得应变ε，

ε=△L/L；

步骤七：根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得施加在光纤传感头上的压力F，

F=EA△L/L，

其中，A为受力面积；E为杨氏模量；

步骤八：根据FP腔的腔长变化值△L，获得应力△P，

$\mathrm{\ΔL}=\frac{3(1-{\mathrm{\μ}}^2)r^4}{16{\mathrm{Ed}}^3}\mathrm{\ΔP},$

其中，μ为薄膜的泊松比；r为薄膜的半径，d为薄膜的厚度。

本发明所述的一种光纤传感头和基于该传感头的测量应变、应力和压力的光纤传感系统及方法，克服了现有技术中，采用现有光纤应力传感头只能从纤芯的轴向施加应力的固有思路，而是通过在光纤上开一空气通道，改变了光路的方向，实现了将受力方向从面积较小的轴向转换到面积较大的径向上的效果，并且光纤包层与薄膜共同组成FP腔，其受力方向能够直接施加在光纤侧面，由于光纤侧面受力面积较大，因此能承受更大的压力，使光纤传感系统能够测量的压力值提高了至少100倍。

本发明适用于测量光学领域中的应变和压力。

附图说明

图1为一种光纤传感头的剖面结构示意图；

图2为一种测量应变、应力和压力的光纤传感系统的原理示意图；

图3为传感头的反射谱的光谱图；

图4为一种测量应变、应力和压力的方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种光纤传感头，它包括：基座3-1、光纤和薄膜3-4；

薄膜3-4包裹在光纤外侧，基座3-1为圆筒形，该基座3-1套固在薄膜3-4外表面；

所述光纤包括：光纤纤芯3-3和光纤包层3-2；光纤包层3-2包裹在光纤纤芯3-3的外侧；

在光纤上开有三棱柱形的空气通道3-5，该空气通道3-5的截面为等腰直角三角形，且该直角三角形的斜边所在平面与光纤轴的夹角为45度，该直角三角形的直角边的边长等于光纤纤芯3-3的直径；该空气通道3-5的长度等于光纤的直径，与该空气通道3-5对应的基座3-1的内壁上开有材料槽，且该材料槽与光纤纤芯3-3相对应，该材料槽的宽度等于光纤纤芯3-3的直径，该材料槽内填充有反射材料3-6。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种光纤传感头作进一步说明，本实施方式中，所述基座3-1的材料为钢。

所述基座3-1能够对光纤起保护和承受应力的作用。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种光纤传感头作进一步说明，本实施方式中，所述光纤为单模光纤。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种光纤传感头作进一步说明，本实施方式中，所述光纤为多模光纤。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种光纤传感头作进一步说明，本实施方式中，所述薄膜3-4为厚度均匀的有机薄膜。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种光纤传感头作进一步说明，本实施方式中，反射材料3-6的材料与光纤纤芯3-3的材料相同。

具体实施方式七：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种测量应变、应力和压力的光纤传感系统，它包括：光源1、3dB耦合器2、光纤传感头3、光谱仪4和信号处理模块5；

光源1发出的光经3dB耦合器2传输至光纤传感头3中，光纤传感头3将该光反射到3dB耦合器2中，3dB耦合器2将光纤传感头3反射的光传输到光谱仪4中，该光谱仪4的光谱信号输出端连接信号处理模块5的光谱信号输入端；

所述信号处理模块5包括以下单元：

获得光纤传感头3不受外力时，光纤包层3-2与薄膜3-4构成的FP腔的腔长L的单元；

获得光纤传感头3受外力时，光纤包层3-2与薄膜3-4构成的FP腔的腔长L,的单元；

获得光纤包层3-2与薄膜3-4构成的FP腔的腔长变化值△L的单元；

根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得应变ε的单元；

根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得施加在光纤传感头3上的压力F的单元；

根据FP腔的腔长变化值△L，获得应力△P的单元；

所述光纤传感头3包括：基座3-1、光纤和薄膜3-4；

薄膜3-4包裹在光纤外侧，基座3-1为圆筒形，该基座3-1套固在薄膜3-4外表面；

所述光纤包括：光纤纤芯3-3和光纤包层3-2；光纤包层3-2包裹在光纤纤芯3-3的外侧；

在光纤上开有三棱柱形的空气通道3-5，该空气通道3-5的截面为等腰直角三角形，且该直角三角形的斜边所在平面与光纤轴的夹角为45度，该直角三角形的直角边的边长等于光纤纤芯3-3的直径；该空气通道3-5的长度等于光纤的直径，与该空气通道3-5对应的基座3-1的内壁上开有材料槽，且该材料槽与光纤纤芯3-3相对应，该材料槽的宽度等于光纤纤芯3-3的直径，该材料槽内填充有反射材料3-6。

光源1发出的光经过3dB耦合器2透射到光纤传感头3中光纤纤芯3-3的一端，该光沿光纤轴的方向射到空气通道3-5的斜面，空气通道3-5的斜面将该束光反射到光纤包层3-2与光纤纤芯3-3接触的一面，光纤包层3-2将该光分束为反射光和透射光，该反射光反射至空气通道3-5的斜面，空气通道3-5的斜面将该反射光沿光纤轴的方向反射出光纤传感头3，该透射光依次透过光纤包层3-2和薄膜3-4，并透射至反射材料3-6与薄膜3-4所接触的一面，反射材料3-6将该透射光反射至光纤纤芯3-3与光纤包层3-2接触的一面；3dB耦合器2将传感头3反射的光透射至光谱仪4，光谱仪4将该光的光谱信号发送给信号处理模块5。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七所述的一种测量应变、应力和压力的光纤传感系统作进一步说明，本实施方式中，所述光源1为高斯光源。

具体实施方式九：参照图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种测量应变、应力和压力的方法，该方法是基于下述装置实现的，

所述装置包括：光源1、3dB耦合器2、光纤传感头3和光谱仪4；

光源1发出的光经3dB耦合器2传输至光纤传感头3中，光纤传感头3将该光反射到3dB耦合器2中，3dB耦合器2将光纤传感头3反射的光传输到光谱仪4中；

所述光纤传感头3包括：基座3-1、光纤和薄膜3-4；

薄膜3-4包裹在光纤外侧，基座3-1为圆筒形，该基座3-1套固在薄膜3-4外表面；

所述光纤包括：光纤纤芯3-3和光纤包层3-2；光纤包层3-2包裹在光纤纤芯3-3的外侧；

在光纤上开有三棱柱形的空气通道3-5，该空气通道3-5的截面为等腰直角三角形，且该直角三角形的斜边所在平面与光纤轴的夹角为45度，该直角三角形的直角边的边长等于光纤纤芯3-3的直径；该空气通道3-5的长度等于光纤的直径，与该空气通道3-5对应的基座3-1的内壁上开有材料槽，且该材料槽与光纤纤芯3-3相对应，该材料槽的宽度等于光纤纤芯3-3的直径，该材料槽内填充有反射材料3-6；

基于上述装置的测量应变、应力和压力的方法包括以下步骤：

步骤一：保持光纤传感头3不受外力，采集光谱仪4中采集到的光谱的相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁和λ₂；然后执行步骤二；

步骤二：利用步骤一获得的相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁和λ₂，获得光纤包层3-2与薄膜3-4构成的FP腔的腔长值L，

$L=\frac{{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2}{{2n}_3({\mathrm{\λ}}_2-{\mathrm{\λ}}_1)},$

其中，n₃为光纤包层3-2的折射率，然后执行步骤三；

步骤三：将待测压力F施加在光纤传感头3的基座上，采集光谱仪4中采集到的变化后的光谱的中相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁’和λ₂’；然后执行步骤四；

步骤四：利用步骤三获得的变化后的光谱的中相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁’和λ₂’，获得变化后的FP腔的腔长值L’，

$L^{\′}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1^{\′}{\mathrm{\λ}}_2^{\′}}{{2n}_3({\mathrm{\λ}}_2^{\′}-{\mathrm{\λ}}_1^{\′})},$

然后执行步骤五；

步骤五：利用FP腔的腔长值L和变化后的FP腔的腔长值L’，获得FP腔的腔长变化值△L，

△L=L-L’，

然后同时执行步骤六、步骤七和步骤八；

步骤六：根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得应变ε，

ε=△L/L；

步骤七：根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得施加在光纤传感头3上的压力F，

F=EA△L/L，

其中，A为受力面积；E为杨氏模量；

步骤八：根据FP腔的腔长变化值△L，获得应力△P，

$\mathrm{\ΔL}=\frac{3(1-{\mathrm{\μ}}^2)r^4}{16{\mathrm{Ed}}^3}\mathrm{\ΔP},$

其中，μ为薄膜3-4的泊松比；r为薄膜3-4的半径，d为薄膜3-4的厚度。

光纤包层3-2和薄膜3-4之间构成了FP腔，光信号在FP腔中不断的反射，假设光纤包层3-2和薄膜3-4的折射率相等，因此FP腔上两面的反射率相等，FP腔上两面的反射率相等，由于光束在FP腔上两面的反射率相等，因此传感头3反射光的反射谱可以直接用双光束干涉表示：

其中，R为空气通道3-5斜面的反射率；I₁为光纤纤芯3-3与光纤包层3-2接触面反射光的光强，I₂为反射材料3-6与薄膜3-4接触面反射光的光强；λ为光源1发出的光的光强，n₃为光纤包层3-2的折射率；L为FP腔的腔长，其中L=L₁+d，L₁为光纤包层3-2的厚度，d为薄膜3-4的厚度；为初始相位。

对于空气通道3-5，无论入射光的偏振方向为S偏振还是P偏振，其反射率均为1，说明空气通道3-5没有光束进入光纤的一侧，其结构对光路不存在影响，从而起到保护传感结构的目的。

当光源1发出的光的带宽为200nm，光谱范围为1200nm至1600nm，中心波长为1500nm，薄膜3-4厚度为20μm时，光谱仪4获得的反射谱，如图3所示，其中反射谱呈现类正弦变化，谱包络与光源的函数有关。

假设光纤包层3-2和薄膜3-4的折射率相等，当外加施加压力时，薄膜3-4的厚度会发生改变，反射谱会发生变化，由反射谱计算得到的FP腔长L也随着变化，进而能得到应变改变薄膜3-4的厚度，从而改变FP腔长。

当应变相同时，A越大，测得的压力就越大，相对于光纤的横截面，光纤侧面的受力面积可以得到很好的扩展，更有利于高压力的测量。当薄膜3-4的横向长度在厘米量级时，其可测的压力值可达横向FP腔传感系统可测压力值的100倍以上。

Claims (9)

1.一种测量应变、应力和压力的光纤传感头，其特征在于，它包括：基座(3-1)、光纤和薄膜(3-4)；

薄膜(3-4)包裹在光纤外侧，基座(3-1)为圆筒形，该基座(3-1)套固在薄膜(3-4)外表面；

所述光纤包括：光纤纤芯(3-3)和光纤包层(3-2)；光纤包层(3-2)包裹在光纤纤芯(3-3)的外侧；

在光纤上开有三棱柱形的空气通道(3-5)，该空气通道(3-5)的截面为等腰直角三角形，且该直角三角形的斜边所在平面与光纤轴的夹角为45度，该直角三角形的直角边的边长等于光纤纤芯(3-3)的直径；该空气通道(3-5)的长度等于光纤的直径，与该空气通道(3-5)对应的基座(3-1)的内壁上开有材料槽，且该材料槽与光纤纤芯(3-3)相对应，该材料槽的宽度等于光纤纤芯(3-3)的直径，该材料槽内填充有反射材料(3-6)。

2.根据权利要求1所述的一种测量应变、应力和压力的光纤传感头，其特征在于，所述基座(3-1)的材料为钢。

3.根据权利要求1所述的一种测量应变、应力和压力的光纤传感头，其特征在于，所述光纤为单模光纤。

4.根据权利要求1所述的一种测量应变、应力和压力的光纤传感头，其特征在于，所述光纤为多模光纤。

5.根据权利要求1所述的一种测量应变、应力和压力的光纤传感头，其特征在于，所述薄膜(3-4)为厚度均匀的有机薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种测量应变、应力和压力的光纤传感头，其特征在于，反射材料(3-6)的材料与光纤纤芯(3-3)的材料相同。

7.一种测量应变、应力和压力的光纤传感系统，其特征在于，它包括：光源(1)、3dB耦合器(2)、光纤传感头(3)、光谱仪(4)和信号处理模块(5)；

光源(1)发出的光经3dB耦合器(2)传输至光纤传感头(3)中，光纤传感头(3)将该光反射到3dB耦合器(2)中，3dB耦合器(2)将光纤传感头(3)反射的光传输到光谱仪(4)中，该光谱仪(4)的光谱信号输出端连接信号处理模块(5)的光谱信号输入端；

所述信号处理模块(5)包括以下单元：

获得光纤传感头(3)不受外力时，光纤包层(3-2)与薄膜(3-4)构成的FP腔的腔长L的单元；

获得光纤传感头(3)受外力时，光纤包层(3-2)与薄膜(3-4)构成的FP腔的腔长L’的单元；

获得光纤包层(3-2)与薄膜(3-4)构成的FP腔的腔长变化值ΔL的单元；

根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值ΔL，获得应变ε的单元；

根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值ΔL，获得施加在光纤传感头(3)上的压力F的单元；

根据FP腔的腔长变化值ΔL，获得应力ΔP的单元；

所述光纤传感头(3)包括：基座(3-1)、光纤和薄膜(3-4)；

薄膜(3-4)包裹在光纤外侧，基座(3-1)为圆筒形，该基座(3-1)套固在薄膜(3-4)外表面；

所述光纤包括：光纤纤芯(3-3)和光纤包层(3-2)；光纤包层(3-2)包裹在光纤纤芯(3-3)的外侧；

在光纤上开有三棱柱形的空气通道(3-5)，该空气通道(3-5)的截面为等腰直角三角形，且该直角三角形的斜边所在平面与光纤轴的夹角为45度，该直角三角形的直角边的边长等于光纤纤芯(3-3)的直径；该空气通道(3-5)的长度等于光纤的直径，与该空气通道(3-5)对应的基座(3-1)的内壁上开有材料槽，且该材料槽与光纤纤芯(3-3)相对应，该材料槽的宽度等于光纤纤芯(3-3)的直径，该材料槽内填充有反射材料(3-6)。

8.根据权利要求7所述的一种测量应变、应力和压力的光纤传感系统，其特征在于，所述光源(1)为高斯光源。

9.一种测量应变、应力和压力的方法，其特征在于，该方法是基于下述装置实现的，

所述装置包括：光源(1)、3dB耦合器(2)、光纤传感头(3)和光谱仪(4)；

光源(1)发出的光经3dB耦合器(2)传输至光纤传感头(3)中，光纤传感头(3)将该光反射到3dB耦合器(2)中，3dB耦合器(2)将光纤传感头(3)反射的光传输到光谱仪(4)中；

所述光纤传感头(3)包括：基座(3-1)、光纤和薄膜(3-4)；

薄膜(3-4)包裹在光纤外侧，基座(3-1)为圆筒形，该基座(3-1)套固在薄膜(3-4)外表面；

所述光纤包括：光纤纤芯(3-3)和光纤包层(3-2)；光纤包层(3-2)包裹在光纤纤芯(3-3)的外侧；

在光纤上开有三棱柱形的空气通道(3-5)，该空气通道(3-5)的截面为等腰直角三角形，且该直角三角形的斜边所在平面与光纤轴的夹角为45度，该直角三角形的直角边的边长等于光纤纤芯(3-3)的直径；该空气通道(3-5)的长度等于光纤的直径，与该空气通道(3-5)对应的基座(3-1)的内壁上开有材料槽，且该材料槽与光纤纤芯(3-3)相对应，该材料槽的宽度等于光纤纤芯(3-3)的直径，该材料槽内填充有反射材料(3-6)；

基于上述装置的测量应变、应力和压力的方法包括以下步骤：

步骤一：保持光纤传感头(3)不受外力，采集光谱仪(4)中采集到的光谱的相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁和λ₂；然后执行步骤二；

步骤二：利用步骤一获得的相邻的两个波峰分别对应的波长值λ₁和λ₂，获得光纤包层(3-2)与薄膜(3-4)构成的FP腔的腔长值L，

$L=\frac{{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2}{2n_3({\mathrm{\λ}}_2-{\mathrm{\λ}}_1)},$

其中，n₃为光纤包层(3-2)的折射率，然后执行步骤三；

步骤三：将待测压力F施加在光纤传感头(3)的基座上，采集光谱仪(4)中采集到的变化后的光谱的中相邻的两个波峰分别对应的波长值λ’₁和λ’₂；然后执行步骤四；

步骤四：利用步骤三获得的变化后的光谱的中相邻的两个波峰分别对应的波长值λ’₁和λ’₂，获得变化后的FP腔的腔长值L’，

$L^{,}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1^{,}{\mathrm{\λ}}_2^{,}}{2n_3({\mathrm{\λ}}_2^{,}-{\mathrm{\λ}}_1^{,})},$

然后执行步骤五；

步骤五：利用FP腔的腔长值L和变化后的FP腔的腔长值L’，获得FP腔的腔长变化值△L，

△L＝L-L’，

然后同时执行步骤六、步骤七和步骤八；

步骤六：根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得应变ε，

ε＝△L/L；

步骤七：根据FP腔的腔长L和FP腔的腔长变化值△L，获得施加在光纤传感头(3)上的压力F，

F＝EA△L/L，

其中，A为受力面积；E为杨氏模量；

步骤八：根据FP腔的腔长变化值△L，获得应力△P，

$\mathrm{\Δ}L=\frac{3(1-{\mathrm{\μ}}^2)r^4}{16{\mathrm{Ed}}^3}\mathrm{\Δ}P,$

其中，μ为薄膜(3-4)的泊松比；r为薄膜(3-4)的半径，d为薄膜(3-4)的厚度。