CN205426410U - 一种反射式fp腔光纤光栅气压温度传感器 - Google Patents
一种反射式fp腔光纤光栅气压温度传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种反射式FP腔光纤光栅气压温度传感器，包括单模光纤、小孔、空气腔和FBG光栅，其特征在于：所述的传感器中的单模光纤右端端面为8°的倾角，其内部有个圆形空气腔，空气腔上方有个与外部连通且直径为2‑4um的小孔，在纤芯内刻有一个FBG光栅，单模光纤的另一端与光纤环形器一端连接，宽带光源和光纤光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。本实用新型具有结构简单、体积小和灵敏度高的特点，可应用于气压与温度变化的测量。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种反射式FP腔光纤光栅气压温度传感器。
背景技术
气压测量是气象要素观测中的重要环节。目前常用振动筒或电容膜盒传感器来检测气压。振筒式气压传感器有时会停止工作，还易受环境污染的影响。电容式气压传感器是基于气压传感元件的形变产生电容变化来实现气压测量，存在电容干扰，气压检测分辨率较低。电容膜盒气压传感器存在导线焊接引起的附加应力，导致焊接工艺产生参数离散性；当气压变化大时，膜盒有效电容的极板不是理想平面，且边缘效应不可忽略。与传统的气压传感器相比，光纤气压传感器具有独特的优点：灵敏度高、重量轻、体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点。如在两段单模光纤中间大面积错位熔接一小段单模光纤，形成了一种简易的FP腔气压传感器，但由于错位面积过大，使得传感头部分易断，使其使用受到了限制。
在油藏工业中，对产油井温度的实时、动态式监测，是提高油气产量的重要措施之一。为了提高石油产量，需要对油井注入高温蒸汽，由于传统的电子式温度传感器有输出信号弱，在高温环境下易受电磁干扰，不能满足测量的需要。分布式光纤光栅温度传感器，采用的封装结构是：将光栅两端的尾纤部分分别弯曲后封装在半毛细金属管上，再将半毛细金属管套装在金属管内部，灵敏度高，金属管轴向可随意伸缩；但在高温环境下易受电磁干扰，无法在恶劣环境下测量。而一种基于选择性渗透的光子晶体光纤温度传感器，这类传感器灵敏度高，然而制造工艺复杂。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种反射式FP腔光纤光栅气压温度传感器，具有易制备、本质安全、体积小、重量轻、灵敏度高和可以对温度和气压双参数测量等优点。
本实用新型所采用的技术方案是：一种反射式FP腔光纤光栅气压温度传感器，包括单模光纤、小孔、空气腔和FBG光栅，其特征在于：所述的传感器中的单模光纤一端端面为8°的倾角，其内部有个圆形空气腔，空气腔上方有个与外部连通直径为2-4um的小孔，在纤芯内刻有FBG光栅，单模光纤的另一端与光纤环形器一端连接，宽带光源和光纤光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。
本实用新型的有益效果是：
1.传感器整体材料为单模光纤，传感器中没有金属部件，不受电磁影响，可以在强电磁场环境下工作。
2.制备时，对单模光纤进行了微加工处理，因此所述传感器的灵敏度比一般的光纤传感器高。
3.空气腔体积尺寸较小，且上方的小孔直径仅为2-4um，因此所述传感器比一般光纤传感器体积小、质量轻、坚固。
4.该传感器中刻写了FBG光栅，因此在测试时可以进行温度补偿。
附图说明
图1是本实用新型的光纤干涉仪结构示意图。其中，(1)单模光纤，(2)小孔，(3)空气腔，(4)法布里-珀罗干涉仪，(5)FBG光栅。
具体实施方式
图1中，一种反射式FP腔光纤光栅气压温度传感器，包括单模光纤1、小孔2、空气腔3和FBG光栅5，其特征在于：所述的传感器中的单模光纤一端端面为8°的倾角，其内部有个圆形空气腔，空气腔上方有个与外部连通直径为2-4um的小孔，在纤芯内刻有一个FBG光栅，单模光纤的另一端与光纤环形器一端连接，宽带光源和光纤光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。
实验时，将该传感器密封在一个气室中，保持温度不变，气室中的气体由小孔2进入空气腔3中，宽带光源发出的一部分光会在空气腔3的前壁面发生第一次反射，另一部分光会继续传播并在空气腔3的后壁面发生第二次反射，两束反射光相遇并产生干涉，其相位差为其中n是空气腔中气体的折射率；L是空气腔前后壁面之间的距离；λ是光在真空中的波长；为初相位。当气室中的气压改变时，空气腔中气体的折射率n会随着气压的改变而改变，导致干涉条纹发生改变，光谱分析仪中的光谱波峰发生漂移。进行温度实验时，保持气室中气压不变，调节气室中的温度，从而光栅5处的温度发生变化，由于热胀冷缩效应，光栅5处条纹的周期也会随着变化，在光谱仪中表现为干涉波峰的漂移。通过观察光谱图中对应波峰的漂移，即可对温度和气压进行双参数测量。
Claims (1)
1.一种反射式FP腔光纤光栅气压温度传感器，包括单模光纤、小孔、空气腔和FBG光栅，其特征在于：所述的传感器中的单模光纤一端端面为8°的倾角，其内部有个圆形空气腔，空气腔上方有个与外部连通直径为2-4um的小孔，在纤芯内刻有FBG光栅，单模光纤的另一端与光纤环形器一端连接，宽带光源和光纤光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。
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