CN205483383U - 一种反射式fp腔光纤气压传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种反射式FP腔光纤气压传感器，包括宽带光源、光纤环形器、光纤光谱仪和法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述的法布里-珀罗干涉仪由单模光纤组成，单模光纤一端端面为8°的倾角，且内部有一个直径为100-110um的圆形空气腔，空气腔上方有一个直径为2-4um的小孔，使空气腔与外部连通；单模光纤的另一端与光纤环形器连接，宽带光源、光纤光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。本实用新型具有制备简单、成本低、体积小和灵敏度高的特点，可应用于气压变化的测量。
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腔光纤气压传感器。
背景技术
压力测量在医药、汽车制造业和井下油气勘探等领域有着重要的应用。现有的气压传感器主要有电子气压传感器和光纤气压传感器。电子气压传感器作为传统的气压传感器，主要分为压阻式传感器和谐振式气压传感器两类。压阻式传感器是利用压力敏感元件受力时，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出，其具有体积小，灵敏度高的优点，但受温度影响大且制作工艺复杂，造价高。谐振式气压传感器是将谐振元件所受的压力值转换为频率信号的传感器。当外界气压发生变化时，振动元件的固有振动频率随之改变，通过相应的测量电路，就可得到与压力值成一定关系的电信号。谐振气压传感器具有精度高，结构紧凑等优点，但同样其加工工艺复杂，生产周期长，成本较高。
光纤传感器是近年发展起来的新型传感器，与传统的传感器相比，光纤气压传感器具有独特的优势：温度稳定性好、抗电磁干扰和不会产生电火花等。因此，光纤传感器尤其适合在高温、易爆的环境下进行压力测试。各种结构和制造技术已被应用于制备不同类型的光纤气压传感器，包括基于边孔光纤结构的传感器，在单模光纤上刻写布拉格光纤光栅结构的传感器，高双折射微结构光纤传感器和基于光子晶体光纤的萨格纳克干涉仪传感器等。法布里-珀罗干涉仪由于其体积小、灵敏度高等优势在气压传感中扮演了重要的角色。许多不同结构的FP腔光纤气压传感器已经被报道，如段等人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，使得传感头部分非常脆弱易断；马等人在单模光纤上熔接一节毛细管，并对其进行拉锥、加压和放电等处理形成了一种微腔气压传感器，其温度稳定性非常高，但制作过程过于繁琐且气压灵敏度较低；戴等人在单模光纤上熔接一节毛细管，并在毛细管末端镀上一层石墨烯膜形成了一种微型气压传感器，其灵敏度非常高，但石墨烯膜非常薄，非常容易破损且制作成本较高。
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腔光纤气压传感器，具有制备简单、灵敏度高、坚固和温度交叉灵敏度低等优点。
本实用新型所采用的技术方案是：一种反射式FP腔光纤气压传感器，包括宽带光源、光纤环形器、光纤光谱仪和法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述的法布里-珀罗干涉仪包括单模光纤，单模光纤一端端面为8°的倾角，且内部有一个圆形空气腔，空气腔上方有一个直径为2-4um的小孔，使空气腔与外部连通；单模光纤的另一端与光纤环形器一端连接，宽带光源、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，且制备过程中只需使用飞秒激光器和普通商用光纤熔接机，具有成本低、制备简单的优点。
2.制备时，对单模光纤本身进行了微加工处理，因此所述传感器的灵敏度比一般的光纤传感器高出了一个量级。
3.制备时，空气腔体积与整个光纤相比尺寸较小，且在空气腔上打的小孔直接仅为2-4um，因此所述传感器比一般光纤传感器坚固。
4.由于传感器为全光纤结构，其温度交叉灵敏度极低。
附图说明
下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的光纤干涉仪结构图；
图2是光纤传感器测试系统示意图；
图中：1.法布里-珀罗干涉仪，2.单模光纤，3.空气腔，4.小孔，5.宽带光源，6.光纤光谱仪，7.光纤环形器。
具体实施方式
图1中，一种反射式FP腔光纤气压传感器，包括宽带光源5、光纤环形器7、光纤光谱仪6和法布里-珀罗干涉仪1，其特征在于：所述的法布里-珀罗干涉仪1包括单模光纤2，单模光纤2一端端面为8°的倾角，且内部有一个圆形空气腔3，空气腔3上方有一个直径为2-4um的小孔4，使空气腔3与外部连通；单模光纤2的另一端与光纤环形器7一端连接，宽带光源5、光纤光谱仪6分别与光纤环形器7的另外两端连接。
如图2所示，进行气压传感实验时，将法布里-珀罗干涉仪1密封在一个气室中，气室中的气体由小孔4进入空气腔3中，当宽带光源发出的光进入法布里-珀罗干涉仪1时，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，其输出光强为：相位差其中n是空气腔3中气体的折射率L是空气腔3前壁面和后壁面之间的距离；λ是光在真空中的波长；为初相位。当气室中的气压改变，空气腔3中气压变化，其中气体的折射率n改变，导致相位差改变，从而干涉条纹发生改变，表现在光纤光谱仪中即为光谱波峰的漂移，通过测量输出中心波长的漂移量即可实现气压的传感测量。
Claims (1)
1.一种反射式FP腔光纤气压传感器，包括宽带光源、光纤环形器、光纤光谱仪和法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述的法布里-珀罗干涉仪包括单模光纤，单模光纤一端端面为8°的倾角，且内部有一个圆形空气腔，空气腔上方有一个直径为2-4um的小孔，使空气腔与外部连通；单模光纤的另一端与光纤环形器的一端连接，宽带光源、光纤光谱仪分别与光纤环形器的另外两端连接。
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