CN106052913A - 一种高灵敏度的压力传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高灵敏度的压力传感装置，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪。其中传感头由腐蚀多模光纤、紫外胶构成，其特征是：多模光纤端面经腐蚀后得到锥形腔，将紫外胶渗透到锥形腔中，锥形腔中形成由紫外胶包裹的空气腔。由环形器接收来自宽带光源的光并传输至传感头，传感头再将光反射回环形器，再经由环形器传输至光谱分析仪，形成类似法布里‑珀罗干涉仪，测量反射光谱特征峰的波长漂移量，即可计算出被测环境参数的数值。本发明具有结构紧凑、制造简单、灵敏度高，测量范围广，交叉灵敏度低等优点，适用多种环境参数测量，尤其是压力测量。
Description
技术领域
本发明提供了一种高灵敏度的压力传感装置，属于光纤传感技术领域。
背景技术
传感器的发展趋势是灵敏、精确、适用性强、小巧和智能化，在众多光纤传感器中，基于法布里-珀罗(FP)腔的光纤传感器发展迅速，成为了光纤传感器研究领域的一个重要分支。压力作为航空航天、企业生产、工程制造等领域中的生产和控制的重要参数之一，对其检测的重要性日益凸显。光纤法布里-珀罗干涉型(FP)压力传感器相对于传统传感器来具有体积小、重量轻、响应速度快、抗电磁干扰能力强等特点。近年来，光纤法布里-珀罗干涉型(FP)压力传感器在生物医药、医疗保健、土木工程、汽车和航空航天工业等科学研究领域中都得到广泛的实际应用，特别是光纤端面反射式的FP腔。
光纤FP干涉仪(FPI)压力传感器分为两种类型。第一种类型是压力的变化引起腔长度变化，第二种类型是压力的变化引起腔内折射率(RI)的变化。基于改变腔长的FPI压力传感器，除了基于光纤端面薄膜型空腔之外，灵敏度都相对较低。然而，基于光纤端面薄膜型空腔式FPI传感器受薄膜影响较大，制作复杂、成本高，且测量范围小，通常为几十kPa以内，同时它们的机械强度相当差，附着在光纤端的薄膜很容易被损坏。基于改变腔内RI的FPI传感器通常具有测量范围宽，稳定性好的优点，但是它们的压力灵敏度相对较低，通常是几十pm/MPa(结构复杂，制作繁琐的传感结构除外)。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供一种高灵敏度的压力传感装置，它具有结构紧凑、制造简单、灵敏度高，测量范围广，交叉灵敏度低等优点，适用多种环境参数测量，尤其是压力测量。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：一种高灵敏度的压力传感装置，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪，其连接方式为：环形器进口端与宽带光源连接，环形器出口端与传感头连接，环形器反馈端和光谱分析仪相连接；其特征在于：所述的传感头，由腐蚀多模光纤、紫外胶构成，腐蚀多模光纤端面的锥形腔内含有由紫外胶包裹形成的空气腔。
所述的腐蚀多模光纤是由纤芯和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤或者蓝宝石光纤制作而成。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、传感头选用价格低廉的普通多模光纤，紫外胶制备，具有制作简单，成本低的优点。
2、传感头对于压强，温度，折射率部具有敏感性，可以用于多种环境参数的测量，尤其对压力的变化反应敏感，具有较高的压力灵敏度以及较宽的测量范围。
3、传感头的压力灵敏度远高于温度灵敏度，因此其温度交叉灵敏度极低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的实施应用系统示意图。
图2为本发明传感头结构示意图。
图中，1.宽带光源，2.环形器，3.传感头，4.光谱分析仪，5.腐蚀多模光纤，5a.多模光纤包层，5b.多模光纤纤芯，5c.锥形腔，6.空气腔，7.紫外胶。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
图1所示为本发明的实施应用系统示意图，包括宽带光源1、环形器2、传感头3、光谱分析仪4。其连接方式为：环形器2有三个接口端，分别为：光源进口端，光源出口端，反馈端。进口端与宽带光源1连接，出口端与连接传感头3连接，反馈端和光谱分析仪4相连接。
图2所示为本发明传感头3的结构示意图，所述的传感头3，由腐蚀多模光纤5、空气腔6，紫外胶7构成，腐蚀多模光纤5包括多模光纤包层5a，多模光纤纤芯5b，以及锥形腔5c，将紫外胶7渗透到锥形腔5c中，锥形腔5c中形成由紫外胶7包裹的空气腔6。腐蚀多模光纤5是由纤芯和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤或者蓝宝石光纤制成。
所述传感头的制作方法是：将多模光纤处于40％的HF溶液中腐蚀10分钟，其端面形成锥形腔5c，将紫外胶7渗透入腐蚀多模光纤5的锥形腔5c中，形成由紫外胶包裹的空气腔6。
结合图1，2，介绍具体的工作原理：传感头3由空气腔6前端面，空气腔6的后端面，附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面三个主要的反射端面构成，三个端面会形成3个腔，其中有两个腔产生的干涉相对较强，一个是由空气腔6前端面和附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面形成的，另一个是由空气腔6的后端面和附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面形成的，这两个腔产生的干涉条纹叠加后形成输出光谱。传感头3接收来自宽带光源1发出的经由环形器2传递的光，一部分由空气腔6前端面和附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面分别反射，相遇后形成第一种干涉条纹，一部分由空气腔6的后端面和附着在腐蚀多模光纤5端面的紫外胶7的右端面分别反射，相遇后形成第二种干涉条纹，两种干涉条纹叠加后，将经由环形器2被传输到光谱分析仪4中，形成双法布里-珀罗干涉仪输出光谱，测量输出光谱特征峰的波长漂移量，即可计算出被测环境参数的数值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应被理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种高灵敏度的压力传感装置，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪，其连接方式为：环形器进口端与宽带光源连接，环形器出口端与光纤传感头连接，环形器反馈端和光谱分析仪相连接；其特征在于：所述的传感头，由腐蚀多模光纤、紫外胶构成，腐蚀多模光纤端面的锥形腔内含有由紫外胶包裹形成的空气腔。
2.根据权利要求1所述一种高灵敏度的压力传感装置，其特征是：所述腐蚀多模光纤是由纤芯直径和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤或者蓝宝石光纤制作而成。
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