CN108572047B - 一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置 - Google Patents
一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108572047B CN108572047B CN201710151757.4A CN201710151757A CN108572047B CN 108572047 B CN108572047 B CN 108572047B CN 201710151757 A CN201710151757 A CN 201710151757A CN 108572047 B CN108572047 B CN 108572047B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- capillary
- optical fiber
- fabry
- fiber
- circulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 7
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241000009328 Perro Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
- G01L11/025—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于多个法布里‑珀罗微腔的光纤气压传感装置，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪。其中传感头由毛细管、单模光纤构成，其特征是：将单模光纤与毛细管在放电功率为45bit，放电时间为3000ms的熔接模式下进行连续放电熔接，直至毛细管的一部分膨胀为空心球腔，并且在单模光纤‑毛细管的熔接处形成毛细管薄层。此结构就形成了多个法布里‑珀罗腔。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，测量反射光谱特征波谷的波长漂移量，即可计算出被测环境参数的数值。本发明具有体积小、制备简单等优点，可应用于气压与温度的测量。
Description
技术领域
本发明提供了一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置，属于光纤传感技术领域。
背景技术
大气压力在气象遥测、飞行器定高、野外作业等领域中，是一项非常重要的参数。尤其是近年来，随着无人机飞行器领域的革命性发展，通过遥测大气压力，对无人机的高度进行快速、实时、准确的监测显得十分迫切。在传统大气压力测量领域，多采用力平衡式、谐振式和压阻式的气压传感技术。与之相比，光纤气压传感器因其具有体积小、抗电磁干扰、耐高温、化学稳定性强、可调参数多这些优点，越来越受到市场上的广泛关注。
在众多种类的光纤气压传感器的配置中，基于法布里-珀罗微腔的光纤气压传感器具有高敏感度、体积小和对反射模式的简易操作等特点，在研究领域中具有特别的吸引力。此类传感器分有两种不同的操作机制：腔体长度变化型和腔中折射率变化型。基于腔体长度变化型的法布里-珀罗干涉仪气体压力传感器气体压力敏感度相对较低。在光纤端面上加上超薄隔膜后，此类传感器虽然可以实现最高100nm/MPa的超高灵敏度，但是只具有几十kPa的有限测量范围。更为重要的是，具有超薄隔膜的光纤的传感头的坚固性较差，并且在危险环境下难以维持。对于基于腔中折射率变化的法布里-珀罗干涉仪气体压力传感器来说，虽然可以实现更大范围的测量和更好的坚固性，然而，其灵敏度通常低至几十μm/MPa。
综上所述，光纤气体压力传感器具有很大的开发前景，是最具潜力的研究方向之一。尽管，目前仍存在许多问题亟待解决，例如提高灵敏度、加大测量范围、增强坚固性和考虑温度交叉性等。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术的缺陷，提供一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置，其制作过程简单，体积小，成本低，并具有灵敏度高、测量范围较广、坚固性强等优点。
1.本发明解决技术问题所采取的技术方案为：一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置，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，由石英毛细管与单模光纤构成。在熔接机连续放电作用下，其毛细管中的一部分膨胀为空心球腔，并在单模光纤-毛细管的熔接面形成毛细管薄层。
所述单模光纤纤芯直径为8.2μm，光纤直径为125μm。
所述石英毛细管为长度约0.8mm，附着在单模光纤上的毛细管段。其内径为50μm，外径为150μm。
所述传感头的制作方法是：使用熔接机，在放电功率为45bit，放电时间为400ms的熔接模式下，先将长度约为0.8mm的毛细管段熔接到单模光纤上。在熔接机提供的两端应力作用下，再将毛细管的另一端与另一单模光纤在放电功率为45bit，放电时间为3000ms的熔接模式下进行连续放电进行熔接，直至毛细管的一部分膨胀为空心球腔，并且在单模光纤-毛细管的熔接处形成薄层。最后在毛细管一侧，远离单模光纤-毛细管的熔接处约410μm的位置切割毛细管。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、传感头的材料选用单模光纤与石英毛细管，具有制作方法简单、材料价格低廉、化学性能稳定等优点。
2、传感头对气压和温度都具有敏感性，可以用于温度与气压的双参数同时测量。
3、传感头的气压灵敏度较高(4.067nm/MPa)，且气压测量范围较大。
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为本发明的光纤传感头结构图。
图中，1.宽带光源，2.环形器，3.传感头，4.光谱分析仪，5.单模光纤，5a.单模光纤纤芯，5b.单模光纤包层，6.毛细管薄层，6a.毛细管薄层前壁，6b.毛细管薄层后壁，7.球型空气腔，7a.球型空气腔后壁，8.毛细管，8a.毛细管切割端面。
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所示为本发明的光纤传感头3的结构示意图，所述的传感头3，由单模光纤5、毛细管薄层6、球型空气腔7和毛细管8构成，单模光纤5包括单模光纤纤芯5a和单模光纤包层5b，单模光纤的纤芯和光纤直径分别为8.2μm和125μm；传感头3中的毛细管薄层6包括毛细管薄层前壁6a和毛细管薄层后壁6b，其厚度约为27μm；传感头3中的球型空气腔7包含球型空气腔后壁7a，球型空气腔长度约为118.5μm。传感头3中的毛细管8经过切割后，形成毛细管切割端面8a；传感头3中的毛细管8由纯石英制成，其内径为50μm，外径为150μm。
所述传感头的制作方法是：将单模光纤5与毛细管8放置在光纤熔接机的两端，在熔接机提供的两端应力作用下，毛细管端面紧贴单模光纤端面。在放电功率为45bit，放电时间为3000ms的熔接模式下进行连续放电，直至毛细管8的一部分膨胀为空心球腔7，并且在单模光纤-毛细管的熔接处形成毛细管薄层6，此毛细管薄层6、球型空气腔7与毛细管切割端面8a共同构成多个法布里-珀罗微腔结构。
结合图1，2，介绍具体的工作原理：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，当光从单模光纤的一侧入射时发生多光束干涉。由于从单模光纤的纤芯到毛细管的折射率变化，在毛细管薄层前壁6a处发生第一次反射，随后又因为毛细管薄层6到空气的折射率的变化，在毛细管薄层后壁6b处发生第二反射。部分透射光进入球形空气腔7并被球型空气腔后壁7a反射，另一部分光沿着毛细管的薄壁传播并被毛细管切割端面8a反射。因此，传感器3由毛细管薄层前壁6a，毛细管薄层后壁6b、球型空气腔后壁7a和毛细管切割端面8a这4个主要的反射面构成，4个反射端面所反射的光形成6个不同的干涉模式，其中由3对反射面所构成的3种干涉模式起主要作用，这3对反射面分别是：
1、毛细管薄层前壁6a与毛细管薄层后壁6b。
2、毛细管薄层后壁6b与球型空气腔后壁7a。
3、球型空气腔后壁7a与毛细管切割端面8a。
这3对反射面形成了主要干涉条纹。当传感器头受到气体压力或温度变化时，腔长度或腔介质折射率将改变，这导致法布里-珀罗腔的光程差的变化并导致输出光谱图案漂移。由于在输出光谱中存在多个波谷，可以通过跟踪两个波谷波长的漂移来实现气体压力和温度的同时检测。
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 (3)
1.一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置的制作方法，包括宽带光源，环形器，传感头，光纤光谱分析仪，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，环形器反馈端和光纤光谱仪相连接；其特征在于：所述的传感头，由石英毛细管与单模光纤构成；
所述传感头的制作方法是：将单模光纤与毛细管放置在光纤熔接机的两端，在熔接机提供的两端压力作用下，毛细管端面紧贴单模光纤端面，在放电功率为45bit，放电时间为3000ms的熔接模式下进行连续放电，直至毛细管的一部分膨胀为空心球腔，并且在单模光纤-毛细管的熔接处形成毛细管薄层；最后在毛细管一侧，远离单模光纤毛细管的熔接处410μm处切割毛细管，形成毛细管切割面；毛细管薄层、球型空气腔与毛细管切割端面共同构成多个法布里-珀罗微腔结构；当传感器头受到气体压力或温度变化时，腔长度或腔介质折射率将改变，导致法布里-珀罗腔的光程差的变化并导致输出光谱图案漂移，由于在输出光谱中存在多个波谷，可以通过跟踪两个波谷波长的漂移来实现气体压力和温度的同时检测；
在熔接机连续放电作用下，其毛细管中的一部分膨胀为空心球腔，并在单模光纤-毛细管的熔接面形成石英毛细管薄层。
2.根据权利要求1所述的一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置的制作方法，其特征是：所述单模光纤纤芯直径为8.2μm，光纤直径为125μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置的制作方法，其特征是：所述石英毛细管附着在单模光纤上的毛细管段，其内径为50μm，外径为150μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710151757.4A CN108572047B (zh) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | 一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710151757.4A CN108572047B (zh) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | 一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108572047A CN108572047A (zh) | 2018-09-25 |
| CN108572047B true CN108572047B (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=63575734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710151757.4A Active CN108572047B (zh) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | 一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108572047B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109231161B (zh) * | 2018-09-30 | 2020-06-16 | 重庆大学 | 夹爪为光纤Fabry-Perot干涉仪且可自传感的微夹钳的制作方法 |
| CN109186827A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-11 | 中北大学 | 一种带引压管的全石英光纤压力传感器 |
| CN109883457A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-06-14 | 北京信息科技大学 | 基于改变光纤fp尾纤端面平整度增加传感测量精度方法 |
| CN111879460A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-11-03 | 武汉工程大学 | 基于游标效应的级联毛细管光纤气压传感器及制备方法 |
| CN112629743A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-09 | 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于光纤双腔游标效应增敏的气压传感器 |
| CN113029428B (zh) * | 2021-03-30 | 2022-07-08 | 武汉理工大学 | 基于光纤内气敏膜的fp气压传感器及其制备方法 |
| CN114001812A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-01 | 中广核工程有限公司 | 基于法布里-珀罗干涉仪的光纤传感探头、超声波传感器 |
| CN114777990B (zh) * | 2022-03-25 | 2022-10-25 | 蚌埠学院 | 一种光纤气体压力传感器及其制备方法 |
| CN114894245B (zh) * | 2022-04-18 | 2023-12-01 | 南京信息工程大学 | 一种基于空心光纤的传感器及传感装置 |
| CN115096341B (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-15 | 浙江大学 | 一种侧边对光的复合光纤法布里-珀罗传感器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0713212A (ja) * | 1993-06-23 | 1995-01-17 | Sharp Corp | 先球ガラスキャピラリ及び光波長変換素子 |
| WO2005121697A1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-22 | Fiso Technologies Inc. | Optical fiber strain sensor |
| CN105953958A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-09-21 | 中北大学 | 全石英光纤珐珀压力传感器 |
| CN205826180U (zh) * | 2016-07-11 | 2016-12-21 | 中国计量大学 | 一种高灵敏度的压力传感装置 |
| CN206618528U (zh) * | 2017-03-10 | 2017-11-07 | 中国计量大学 | 一种基于多个法布里‑珀罗微腔的光纤气压传感装置 |
-
2017
- 2017-03-10 CN CN201710151757.4A patent/CN108572047B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0713212A (ja) * | 1993-06-23 | 1995-01-17 | Sharp Corp | 先球ガラスキャピラリ及び光波長変換素子 |
| WO2005121697A1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-22 | Fiso Technologies Inc. | Optical fiber strain sensor |
| CN205826180U (zh) * | 2016-07-11 | 2016-12-21 | 中国计量大学 | 一种高灵敏度的压力传感装置 |
| CN105953958A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-09-21 | 中北大学 | 全石英光纤珐珀压力传感器 |
| CN206618528U (zh) * | 2017-03-10 | 2017-11-07 | 中国计量大学 | 一种基于多个法布里‑珀罗微腔的光纤气压传感装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108572047A (zh) | 2018-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108572047B (zh) | 一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置 | |
| CN108225657B (zh) | 一种具有光学游标效应的光纤fp气压传感器及其制备方法 | |
| CN206618528U (zh) | 一种基于多个法布里‑珀罗微腔的光纤气压传感装置 | |
| CN110726374B (zh) | 基于单模光纤的光纤法珀应变传感器及制作方法、测量方法 | |
| CN211824859U (zh) | 基于错位熔接和游标效应的光纤气压传感器 | |
| CN103196474B (zh) | 一种光纤珐珀传感器制作方法及由其构成的检测装置 | |
| WO2022160822A1 (zh) | 一种基于悬浮光纤错位熔接的高灵敏度高温传感器 | |
| CN107515054B (zh) | 一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置 | |
| CN101303300A (zh) | 微型光纤f-p传感器及制作方法、基于传感器的液体测试仪 | |
| CN210221338U (zh) | 一种基于并联游标效应的光纤高温传感器 | |
| CN113029428B (zh) | 基于光纤内气敏膜的fp气压传感器及其制备方法 | |
| CN106052727A (zh) | 一种基于光纤微型法布里‑珀罗腔的传感器装置 | |
| CN111337060A (zh) | 一种基于并联结构游标效应的混合型传感器及其制作方法 | |
| CN112629744A (zh) | 一种基于级联光纤珐珀干涉计的气压传感器 | |
| CN112697339B (zh) | 一种高强度耐高温快响应光纤气压传感探头 | |
| CN110632033A (zh) | 基于fbg解调仪的f-p干涉型多点测量氢气传感器 | |
| CN113008406A (zh) | 基于增强型游标效应的高精度温度传感器 | |
| CN108020248A (zh) | 基于化学腐蚀法制备大模场光纤f-p传感器的方法 | |
| CN107300437A (zh) | 一种基于微椭球空气腔的光纤压力传感器及其制造方法 | |
| CN112326060A (zh) | 一种高灵敏并行双f-p腔光纤温度传感装置 | |
| CN109186849A (zh) | 基于游标效应的可控灵敏度光纤法布里-珀罗气压传感器 | |
| CN106482765A (zh) | 一种f‑p微腔光纤传感器及其制作方法 | |
| CN205826180U (zh) | 一种高灵敏度的压力传感装置 | |
| CN114111857A (zh) | 一种基于游标效应的光纤fpi级联mi传感装置 | |
| CN206960027U (zh) | 一种基于微椭球空气腔的光纤压力传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Yang Yubang Document name: Notice of First Examination Opinion |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |