CN115839794A - 一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器及其控制方法 - Google Patents
一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器及其控制方法，包括光源、第一光纤、第一气体腔、第二光纤、第二气体腔、第三光纤、外套、第一小孔、第二小孔、光谱仪和处理系统；本发明的光纤FP谐振腔由一个固定光纤、一个可移动光纤和一个开放的气体腔构成，当光纤FP谐振腔内部气压变化时，会使光纤FP谐振腔的腔长产生变化，进而改变光纤FP谐振腔的自由光谱范围；本发明结构简单、精度高、抗电磁干扰、抗腐蚀性能好、响应速度快、智能化与集成化程度高。
Description
技术领域
本发明属于气压监测技术领域，具体地，涉及一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器及其控制方法。
背景技术
脂塑是一种新型环保材料，脂塑材料的成功研制，既解决了部分废弃资源的循环利用难题，也弥补了现有部分材料的不足，是替代木材和部分金属材料的绝佳品，也是国家大力推行和倡导的高环保绿色产品，具有防水、防腐、易回收再利用、易运输等诸多优点；
气压传感器是用于测量气压的仪器，气压的本质是气体原子或气体分子对容器壁的碰撞，反映气体的稀薄程度，对人们的生活、生产有非常重要的意义。相对气压是以当时当地大气压强为基准点计算的气压，又称为计示气压，应用最广泛的是机械式相对气压传感器，其具有机械强度高、生产方便、成本低的优点，但缺点也十分明显，例如精度低、易受干扰、智能化与集成化程度低等。目前，相对气压传感器普遍存在精度低、响应速度慢、适应性差的问题，特别是在生物和化学领域，只能用于测量干燥、无腐蚀性环境的气压，难以满足现代工业发展的需求。
近年来，随着工业的迅速发展以及中国城市规模的日益增大和人口膨胀，废弃环保脂塑复合型材也日益增多，并带来了诸多问题，如制约可持续发展、影响废物管理、污染人类生存环境等；而脂塑复合型装置上的气压传感器可以实时传递内部压力变化，根据外部气压环境准确判断装置的内部气压变化，进而判定脂塑复合型装置的内部问题，以便于出现异常时及时调整数据参数。但目前脂塑复合型装置上使用的气压传感器灵敏度低，易被腐蚀损坏，频繁更换，即浪费人力物力，又耽误型材生产进度；
因此灵敏度高和抗腐蚀的气压传感器，可以有效解决上述问题，既可以准确有效的反馈压力变化，又有利于脂塑复合型装置后期的自动化和智能化改造：光纤器件具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、光谱特性好、可靠性高等优点，目前光纤在传感领域的应用越来越广泛，光纤传感器的巨大优势也逐渐凸显，例如精度高、抗电磁干扰、对被测环境影响小、响应速度快、智能化与集成化程度高等，特别是光纤传感器适合在恶劣环境中工作，在物理、生物、化学领域，可用于测量强电磁辐射、强核辐射、强腐蚀性的环境。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器及其控制方法，克服了目前相对气压传感器结构复杂、精度低、易受电磁干扰、抗腐蚀性能差、响应速度慢、智能化与集成化程度低的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器：
所述传感器包括光源1、第一光纤2、第一气体腔3、光纤FP谐振腔、外套7、第一小孔8、第二小孔9、光谱仪10和处理系统11组成；
所述光纤FP谐振腔包括第二光纤4、第二气体腔5和第三光纤6；光纤FP谐振腔的腔长等于第二气体腔5的长度；
所述光源1的输出光包含光纤FP谐振腔的谐振波长；
所述光源1的光输出端连接第一光纤2的光输入端，第一光纤2与第二光纤4间的气体形成第一气体腔3，第一光纤2的光输出端连接第一气体腔3的光输入端，第一气体腔3的光输出端连接第二光纤4的光输入端，第二光纤4与第三光纤6间的气体形成第二气体腔5，第二光纤4的光输出端连接第二气体腔5的光输入端，第二气体腔5的光输出端连接第三光纤6的光输入端，第三光纤6的光输出端连接光谱仪10的光输入端；光谱仪10的电输出端连接处理系统11的电输入端，处理系统11的电输出端输出传感器的输出信号。
进一步地，所述第一光纤2的光输出端的端面对光源1的输出光的反射率小于2％；所述第二光纤4的光输入端的端面对光源1的输出光的反射率小于2％，
所述第二光纤4的光输出端的端面对光源1的输出光的反射率为50％；所述第三光纤6的光输入端的端面对光源1的输出光的反射率为50％。
进一步地，所述外套7包裹在第一光纤2、第一气体腔3、第二光纤4、第二气体腔5和第三光纤6外部，
所述外套7完全包裹住第一光纤2、并将第一光纤2固定在外套7内部；
所述外套7完全包裹住第二光纤4，第二光纤4在外套7中有摩擦地移动，移动距离越大，摩擦力越大；
所述外套7完全包裹住第三光纤6、并将第三光纤6固定在外套7内部；
外套7侧面的第一小孔8与第一气体腔3连通，外套7侧面的第二小孔9与第二气体腔5连通；
所述第一气体腔3通过第一小孔8与外界环境连通，气体可在第一气体腔3与外界环境间自由流动；
所述第二气体腔5通过第二小孔9与外界环境连通，气体可在第二气体腔5与外界环境间自由流动。
进一步地，所述处理系统11由采样电路11-1、处理电路11-2和输出电路11-3组成；
采样电路11-1的电输入端为处理系统11的电输入端，输出电路11-3的电输出端为处理系统11的电输出端；光谱仪10的电输出端连接采样电路11-1的电输入端，采样电路11-1的电输出端连接处理电路11-2的电输入端，处理电路11-2的电输出端连接输出电路11-3的电输入端，输出电路11-3的电输出端输出传感器输出信号。
进一步地，光源1的输出光进入第一光纤2，通过第一光纤2进入第一气体腔3，通过第一气体腔3到达第二光纤4；通过第二光纤4进入第二气体腔5；过第二气体腔5到达第三光纤6；
进入第三光纤6后，光被分为两部分，一部分光经第三光纤6透射，另一部分光被第三光纤6的光输入端的端面反射，经第二气体腔5到达第二光纤4，然后被第二光纤4的光输出端的端面反射，经第二气体腔5到达第三光纤6，
此时光在第二光纤4的光输出端的端面与第三光纤6的光输入端的端面间往复传播、并由第三光纤6输出；
即光经过光纤FP谐振腔透射后进入光谱仪10，光谱仪10采集光纤FP谐振腔的透射谱，然后将光纤FP谐振腔的透射谱转化为透射谱电压信号、并将透射谱电压信号送入处理系统11；
处理系统11进行电压信号采集、数据处理、并最终输出传感器输出信号，传感器输出信号包含相对气压为正或为负、以及相对气压大小。
一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器的控制方法：
所述控制方法具体包括以下步骤：
步骤1，将第一气体腔3、第一小孔8、第二气体腔5和第二小孔9均置于同一被测环境下，使第一气体腔3内的气压等于被测环境的气压，第二气体腔5内的气压等于被测环境的气压；
此时，处理系统11采集透射谱电压信号，记录光纤FP谐振腔的透射谱，记录为透射谱0，然后获得透射谱0中透射峰的频率间隔，并将此频率间隔记为自由光谱范围0；
步骤2，将第一气体腔3和第一小孔8置于当时当地大气压下，使第一气体腔3内的气压等于当时当地大气压，同时，将第二气体腔5和第二小孔9置于被测环境中，使第二气体腔5内的气压等于被测环境的气压；
此时，处理系统11中采样电路11-1采集透射谱电压信号，记录光纤FP谐振腔的透射谱，记录为透射谱1，并将透射谱1送入处理电路11-2，处理电路11-2获得透射谱1中透射峰的频率间隔，并将此频率间隔记为自由光谱范围1，然后，处理系统11中处理电路11-2依据自由光谱范围0与自由光谱范围1的大小，确定被测环境的相对气压；
步骤3，处理系统11中的处理电路11-2将被测环境的相对气压信息送入输出电路11-3，输出电路11-3输出传感器输出信号，传感器输出信号包含相对气压为正或为负、以及相对气压大小。
进一步地，在步骤2中，
如果自由光谱范围0等于自由光谱范围1，即光纤FP谐振腔的自由光谱范围不变，则判定被测环境的气压等于当时当地大气压，第一气体腔3的长度不变，第二气体腔5的长度不变，光纤FP谐振腔的腔长不变，此时被测环境的相对气压为零；
如果自由光谱范围0大于自由光谱范围1，即光纤FP谐振腔的自由光谱范围减小，则判定被测环境的气压大于当时当地大气压，第一气体腔3的长度减小，第二气体腔5的长度增大，光纤FP谐振腔的腔长增大，此时被测环境的相对气压为正，相对气压的大小由自由光谱范围0与自由光谱范围1的差值得出；
如果自由光谱范围0小于自由光谱范围1，即光纤FP谐振腔的自由光谱范围增大，则判定被测环境的气压小于当时当地大气压，第一气体腔3的长度增大，第二气体腔5的长度减小，光纤FP谐振腔的腔长减小，此时被测环境的相对气压为负，相对气压的大小由自由光谱范围1与自由光谱范围0的差值得出。
一种相对气压测量装置，所述测量装置包括上述的快响应光纤相对气压传感器。
一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明有益效果
本发明包含一个光纤法布里-珀罗谐振腔光纤FP谐振腔，光纤FP谐振腔由一个固定光纤、一个可移动光纤和一个开放的气体腔构成，当光纤FP谐振腔内部气压变化时，会使光纤FP谐振腔的腔长产生变化，进而改变光纤FP谐振腔的自由光谱范围，因此，本发明具有结构简单、精度高、抗电磁干扰、抗腐蚀性能好、响应速度快、智能化与集成化程度高的优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明处理系统11的电路结构示意图；
其中，光源1、第一光纤2、第一气体腔3、第二光纤4、第二气体腔5、第三光纤6、外套7、第一小孔8、第二小孔9、光谱仪10、处理系统11、采样电路11-1、处理电路11-2、输出电路11-3。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1至图2。
一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器：
所述传感器包括光源1、第一光纤2、第一气体腔3、光纤FP谐振腔光纤法布里-珀罗谐振腔、外套7、第一小孔8、第二小孔9、光谱仪10和处理系统11组成；
所述光纤FP谐振腔包括第二光纤4、第二气体腔5和第三光纤6；
所述光源1的输出光包含大量光纤FP谐振腔的谐振波长；
所述光源1的光输出端连接第一光纤2的光输入端，第一光纤2与第二光纤4间的气体形成第一气体腔3，第一光纤2的光输出端连接第一气体腔3的光输入端，第一气体腔3的光输出端连接第二光纤4的光输入端，第二光纤4与第三光纤6间的气体形成第二气体腔5，第二光纤4的光输出端连接第二气体腔5的光输入端，第二气体腔5的光输出端连接第三光纤6的光输入端，第三光纤6的光输出端连接光谱仪10的光输入端；光谱仪10的电输出端连接处理系统11的电输入端，处理系统11的电输出端输出传感器的输出信号。
所述第一光纤2的光输出端的端面对光源1的输出光的反射率小于2％；所述第二光纤4的光输入端的端面对光源1的输出光的反射率小于2％，
所述第二光纤4的光输出端的端面对光源1的输出光的反射率为50％；所述第三光纤6的光输入端的端面对光源1的输出光的反射率为50％。
所述外套7包裹在第一光纤2、第一气体腔3、第二光纤4、第二气体腔5和第三光纤6外部，
外套7侧面的第一小孔8与第一气体腔3连通，外套7侧面的第二小孔9与第二气体腔5连通；
所述第一气体腔3通过第一小孔8与外界环境连通，气体可在第一气体腔3与外界环境间自由流动；
所述第二气体腔5通过第二小孔9与外界环境连通，气体可在第二气体腔5与外界环境间自由流动。
所述外套7完全包裹住第一光纤2、并将第一光纤2固定在外套7内部；
所述外套7完全包裹住第二光纤4，第二光纤4在外套7中有摩擦地移动，移动距离越大，摩擦力越大；
所述外套7完全包裹住第三光纤6、并将第三光纤6固定在外套7内部。
所述外套7的内壁对光源1的输出光的反射率较大，使第三光纤6的输出光的功率满足光谱仪10的检测要求。
所述光谱仪10采集光纤FP谐振腔的透射谱，然后，光谱仪10将光纤FP谐振腔的透射谱转化为透射谱电压信号、并将透射谱电压信号送入处理系统11；
所述处理系统11由采样电路11-1、处理电路11-2和输出电路11-3组成；
采样电路11-1的电输入端为处理系统11的电输入端，输出电路11-3的电输出端为处理系统11的电输出端；光谱仪10的电输出端连接采样电路11-1的电输入端，采样电路11-1的电输出端连接处理电路11-2的电输入端，处理电路11-2的电输出端连接输出电路11-3的电输入端，输出电路11-3的电输出端输出传感器输出信号。
当光源1的输出光进入第一光纤2，由于第一光纤2的光输出端的端面对光源1的输出光的反射率小于2％，因此，光通过第一光纤2进入第一气体腔3；
由于外套7的内壁对光源1的输出光的反射率较大，使第三光纤6的输出光的功率满足光谱仪10的检测要求，因此，光通过第一气体腔3到达第二光纤4；
由于第二光纤4的光输入端的端面对光源1的输出光的反射率小于2％，第二光纤4的光输出端的端面对光源1的输出光的反射率为50％，因此，光通过第二光纤4进入第二气体腔5；
由于外套7的内壁对光源1的输出光的反射率较大，使第三光纤6的输出光的功率满足光谱仪10的检测要求，因此，光通过第二气体腔5到达第三光纤6；
由于第三光纤6的光输入端的端面对光源1的输出光的反射率为50％，因此，光被分为两部分，一部分光经第三光纤6透射，另一部分光被第三光纤6的光输入端的端面反射，经第二气体腔5到达第二光纤4，然后被第二光纤4的光输出端的端面反射，经第二气体腔5到达第三光纤6，这样，光在第二光纤4的光输出端的端面与第三光纤6的光输入端的端面间往复传播、并由第三光纤6输出；
也就是说光进入了由第二光纤4、第二气体腔5、第三光纤6构成的光纤FP谐振腔、并经光纤FP谐振腔透射，光纤FP谐振腔的腔长等于第二气体腔5的长度，光经光纤FP谐振腔透射后进入光谱仪10，光谱仪10采集光纤FP谐振腔的透射谱，然后将光纤FP谐振腔的透射谱转化为透射谱电压信号、并将透射谱电压信号送入处理系统11，处理系统11进行电压信号采集、数据处理、并最终输出传感器输出信号，传感器输出信号包含相对气压为正或为负、以及相对气压大小；
当光进入光纤FP谐振腔时，存在某些特定光波长的光，满足在光纤FP谐振腔中往复传播一次时的相位是2π的整数倍，这些光波长称为光纤FP谐振腔的“谐振波长”，光纤FP谐振腔的任意两相邻谐振波长的频率间隔相等，且该频率间隔称为光纤FP谐振腔的“自由光谱范围”，光波长为光纤FP谐振腔谐振波长的光均在光纤FP谐振腔中发生谐振，且谐振时光的透射率最大，因此，光纤FP谐振腔的透射谱为等频率间隔的透射峰，此频率间隔即为光纤FP谐振腔的自由光谱范围；
光源1的输出光经光纤FP谐振腔透射时，由于光源1的输出光包含大量光纤FP谐振腔的谐振波长，而光波长为光纤FP谐振腔谐振波长的光的透射率最大，因此，光纤FP谐振腔的透射谱为等频率间隔的透射峰，此频率间隔即为光纤FP谐振腔的自由光谱范围。
一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器的控制方法，能够测量被测环境的相对气压：
所述控制方法具体包括以下步骤：
步骤1，将第一气体腔3、第一小孔8、第二气体腔5和第二小孔9均置于同一被测环境下，使第一气体腔3内的气压等于被测环境的气压，第二气体腔5内的气压等于被测环境的气压；
步骤2，将第一气体腔3和第一小孔8置于当时当地大气压下，使第一气体腔3内的气压等于当时当地大气压，同时，将第二气体腔5和第二小孔9置于被测环境中，使第二气体腔5内的气压等于被测环境的气压；
步骤3，根据第一气体腔3和第二气体腔5的长度以及光纤FP谐振腔的腔长变化，判定被测环境的气压与当时当地大气压的区别。
当被测环境的气压等于当时当地大气压时，第一气体腔3的长度不变，第二气体腔5的长度不变，光纤FP谐振腔的腔长不变，此时，光纤FP谐振腔的自由光谱范围不变；
当被测环境的气压大于当时当地大气压时，第一气体腔3的长度减小，第二气体腔5的长度增大，光纤FP谐振腔的腔长增大，此时，光纤FP谐振腔的自由光谱范围减小；
当被测环境的气压小于当时当地大气压时，第一气体腔3的长度增大，第二气体腔5的长度减小，光纤FP谐振腔的腔长减小，此时，光纤FP谐振腔的自由光谱范围增大。
实施例：
1先将第一气体腔3、第一小孔8、第二气体腔5、第二小孔9均置于同一被测环境下，使第一气体腔3内的气压等于被测环境的气压，第二气体腔5内的气压等于被测环境的气压，
此时，处理系统11采集透射谱电压信号，记录光纤FP谐振腔的透射谱，记录为透射谱0，然后获得透射谱0中透射峰的频率间隔，并将此频率间隔记为自由光谱范围0；
2再将第一气体腔3和第一小孔8置于当时当地大气压下，使第一气体腔3内的气压等于当时当地大气压，同时，将第二气体腔5和第二小孔9置于被测环境中，使第二气体腔5内的气压等于被测环境的气压；
此时，处理系统11中采样电路11-1采集透射谱电压信号，记录光纤FP谐振腔的透射谱，记录为透射谱1，并将透射谱1送入处理电路11-2，处理电路11-2获得透射谱1中透射峰的频率间隔，并将此频率间隔记为自由光谱范围1，然后，处理系统11中处理电路11-2依据自由光谱范围0与自由光谱范围1的大小，确定被测环境的相对气压。
具体分为以下三种情况：
2-1如果自由光谱范围0等于自由光谱范围1，则判定被测环境的气压等于当时当地大气压，即被测环境的相对气压为零；
2-2如果自由光谱范围0大于自由光谱范围1，则判定被测环境的气压大于当时当地大气压，即被测环境的相对气压为正，相对气压的大小由自由光谱范围0与自由光谱范围1的差值得出；
2-3如果自由光谱范围0小于自由光谱范围1，则判定被测环境的气压小于当时当地大气压，即被测环境的相对气压为负，相对气压的大小由自由光谱范围1与自由光谱范围0的差值得出；
3最后，处理系统11中的处理电路11-2将被测环境的相对气压信息送入输出电路11-3，输出电路11-3输出传感器输出信号，传感器输出信号包含相对气压为正或为负、以及相对气压大小
一种相对气压测量装置，所述测量装置包括上述的快响应光纤相对气压传感器。
一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器read onlymemory，ROM、可编程只读存储器programmableROM，PROM、可擦除可编程只读存储器erasablePROM，EPROM、电可擦除可编程只读存储器electrically EPROM，EEPROM或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器randomaccess memory，RAM，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器staticRAM，SRAM、动态随机存取存储器dynamicRAM，DRAM、同步动态随机存取存储器synchronousDRAM，SDRAM、双倍数据速率同步动态随机存取存储器doubledatarateSDRAM，DDR SDRAM、增强型同步动态随机存取存储器enhancedSDRAM，ESDRAM、同步连接动态随机存取存储器synchlinkDRAM，SLDRAM和直接内存总线随机存取存储器directrambusRAM，DRRAM。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线例如同轴电缆、光纤、数字用户线digital subscriberline，DSL或无线例如红外、无线、微波等方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质例如，软盘、硬盘、磁带、光介质例如，高密度数字视频光盘digitalvideodisc，DVD、或者半导体介质例如，固态硬盘solidstatedisc，SSD等。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC、现场可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
以上对本发明所提出的一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器及其控制方法，进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器，其特征在于：
所述传感器包括光源(1)、第一光纤(2)、第一气体腔(3)、光纤FP谐振腔、外套(7)、第一小孔(8)、第二小孔(9)、光谱仪(10)和处理系统(11)组成；
所述光纤FP谐振腔包括第二光纤(4)、第二气体腔(5)和第三光纤(6)；光纤FP谐振腔的腔长等于第二气体腔5的长度；
所述光源(1)的输出光包含光纤FP谐振腔的谐振波长；
所述光源(1)的光输出端连接第一光纤(2)的光输入端，第一光纤(2)与第二光纤(4)间的气体形成第一气体腔(3)，第一光纤(2)的光输出端连接第一气体腔(3)的光输入端，第一气体腔(3)的光输出端连接第二光纤(4)的光输入端，第二光纤(4)与第三光纤(6)间的气体形成第二气体腔(5)，第二光纤(4)的光输出端连接第二气体腔(5)的光输入端，第二气体腔(5)的光输出端连接第三光纤(6)的光输入端，第三光纤(6)的光输出端连接光谱仪(10)的光输入端；光谱仪(10)的电输出端连接处理系统(11)的电输入端，处理系统(11)的电输出端输出传感器的输出信号。
2.根据权利要求1所述传感器，其特征在于：
所述第一光纤(2)的光输出端的端面对光源(1)的输出光的反射率小于2％；所述第二光纤(4)的光输入端的端面对光源(1)的输出光的反射率小于2％，
所述第二光纤(4)的光输出端的端面对光源(1)的输出光的反射率为50％；所述第三光纤(6)的光输入端的端面对光源(1)的输出光的反射率为50％。
3.根据权利要求2所述传感器，其特征在于：
所述外套(7)包裹在第一光纤(2)、第一气体腔(3)、第二光纤(4)、第二气体腔(5)和第三光纤(6)外部，
所述外套(7)完全包裹住第一光纤(2)、并将第一光纤(2)固定在外套(7)内部；
所述外套(7)完全包裹住第二光纤(4)，第二光纤(4)在外套(7)中有摩擦地移动，移动距离越大，摩擦力越大；
所述外套(7)完全包裹住第三光纤(6)、并将第三光纤(6)固定在外套(7)内部；
外套(7)侧面的第一小孔(8)与第一气体腔(3)连通，外套(7)侧面的第二小孔(9)与第二气体腔(5)连通；
所述第一气体腔(3)通过第一小孔(8)与外界环境连通，气体可在第一气体腔(3)与外界环境间自由流动；
所述第二气体腔(5)通过第二小孔(9)与外界环境连通，气体可在第二气体腔(5)与外界环境间自由流动。
4.根据权利要求3所述传感器，其特征在于：
所述处理系统(11)由采样电路(11-1)、处理电路(11-2)和输出电路(11-3)组成；
采样电路(11-1)的电输入端为处理系统(11)的电输入端，输出电路(11-3)的电输出端为处理系统(11)的电输出端；光谱仪(10)的电输出端连接采样电路(11-1)的电输入端，采样电路(11-1)的电输出端连接处理电路(11-2)的电输入端，处理电路(11-2)的电输出端连接输出电路(11-3)的电输入端，输出电路(11-3)的电输出端输出传感器输出信号。
5.根据权利要求4所述传感器，其特征在于：
光源(1)的输出光进入第一光纤(2)，通过第一光纤(2)进入第一气体腔(3)，通过第一气体腔(3)到达第二光纤(4)；通过第二光纤(4)进入第二气体腔(5)；过第二气体腔(5)到达第三光纤(6)；
进入第三光纤(6)后，光被分为两部分，一部分光经第三光纤(6)透射，另一部分光被第三光纤(6)的光输入端的端面反射，经第二气体腔(5)到达第二光纤(4)，然后被第二光纤(4)的光输出端的端面反射，经第二气体腔(5)到达第三光纤(6)，
此时光在第二光纤(4)的光输出端的端面与第三光纤(6)的光输入端的端面间往复传播、并由第三光纤(6)输出；
即光经过光纤FP谐振腔透射后进入光谱仪(10)，光谱仪(10)采集光纤FP谐振腔的透射谱，然后将光纤FP谐振腔的透射谱转化为透射谱电压信号、并将透射谱电压信号送入处理系统(11)；
处理系统(11)进行电压信号采集、数据处理、并最终输出传感器输出信号，传感器输出信号包含相对气压为正或为负、以及相对气压大小。
6.一种应用于环保脂塑复合型装置上的快响应光纤相对气压传感器的控制方法，其特征在于：
所述控制方法具体包括以下步骤：
步骤1，将第一气体腔(3)、第一小孔(8)、第二气体腔(5)和第二小孔(9)均置于同一被测环境下，使第一气体腔(3)内的气压等于被测环境的气压，第二气体腔(5)内的气压等于被测环境的气压；
此时，处理系统(11)采集透射谱电压信号，记录光纤FP谐振腔的透射谱，记录为透射谱0，然后获得透射谱0中透射峰的频率间隔，并将此频率间隔记为自由光谱范围0；
步骤2，将第一气体腔(3)和第一小孔(8)置于当时当地大气压下，使第一气体腔(3)内的气压等于当时当地大气压，同时，将第二气体腔(5)和第二小孔(9)置于被测环境中，使第二气体腔(5)内的气压等于被测环境的气压；
此时，处理系统(11)中采样电路(11-1)采集透射谱电压信号，记录光纤FP谐振腔的透射谱，记录为透射谱1，并将透射谱1送入处理电路(11-2)，处理电路(11-2)获得透射谱1中透射峰的频率间隔，并将此频率间隔记为自由光谱范围1，然后，处理系统(11)中处理电路(11-2)依据自由光谱范围0与自由光谱范围1的大小，确定被测环境的相对气压；
步骤3，处理系统(11)中的处理电路(11-2)将被测环境的相对气压信息送入输出电路(11-3)，输出电路(11-3)输出传感器输出信号，传感器输出信号包含相对气压为正或为负、以及相对气压大小。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于：在步骤2中，
如果自由光谱范围0等于自由光谱范围1，即光纤FP谐振腔的自由光谱范围不变，则判定被测环境的气压等于当时当地大气压，第一气体腔(3)的长度不变，第二气体腔(5)的长度不变，光纤FP谐振腔的腔长不变，此时被测环境的相对气压为零；
如果自由光谱范围0大于自由光谱范围1，即光纤FP谐振腔的自由光谱范围减小，则判定被测环境的气压大于当时当地大气压，第一气体腔(3)的长度减小，第二气体腔(5)的长度增大，光纤FP谐振腔的腔长增大，此时被测环境的相对气压为正，相对气压的大小由自由光谱范围0与自由光谱范围1的差值得出；
如果自由光谱范围0小于自由光谱范围1，即光纤FP谐振腔的自由光谱范围增大，则判定被测环境的气压小于当时当地大气压，第一气体腔(3)的长度增大，第二气体腔(5)的长度减小，光纤FP谐振腔的腔长减小，此时被测环境的相对气压为负，相对气压的大小由自由光谱范围1与自由光谱范围0的差值得出。
8.一种相对气压测量装置，其特征在于：所述测量装置包括如权利要求1至5中任意一项所述的快响应光纤相对气压传感器。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求6至7中任意一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求6至7中任意一项所述方法的步骤。
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