CN205808610U - 一种光纤fp腔气压传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤FP腔气压传感器。该传感器由单模光纤与一小截毛细管直接熔接而成。向毛细管中填充聚合物，同时在熔接处留存一定空气腔构成FP干涉仪，并且在该空气腔的侧面上存在一个直径为2‑4微米的小孔，使空气腔与外部连通。外界气压的变化引起腔内气体折射率的改变，进而导致干涉仪的反射谱发生漂移，根据该漂移量可以实现气压的传感测量；并且毛细管内的聚合物对温度敏感，其左右两端与空气接触的端面构成另一个FP腔，可对上述干涉仪提供温度补偿。因此该传感器具有制备简单、成本低、坚固且具备温度补偿的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种光纤FP腔气压传感器。
背景技术
光纤气压传感器作为一种新型传感器，与传统的传感器相比，该类型传感器不仅结构简单、体积小、重量轻、具有电绝缘性、不受电磁干扰、可用于易燃易爆的环境中，而且具有封装坚固、精度高和热转换低等特点，因此一直以来受到了广泛的关注。
法布里-珀罗(Fabry-Pérot，FP)干涉仪由于其具有体积小、灵敏度高等优势，所以在光纤气压传感中扮演了重要的角色。随着光纤FP腔气压传感器受到广泛的关注和研究，许多不同结构的光纤FP腔气压传感器已经被报道，如：Duan等人在两段单模光纤中间大面积错位熔接一小截单模光纤，形成了一种简易的FP腔气压传感器，但错位过大，使得传感头非常脆弱易断；Ma等人在单模光纤上熔接一截毛细管，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；Dai等人在单模光纤上熔接一小截毛细管，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，制作成本较高且非常容易破损。并且以上传感器都存在着温度交叉敏感的特性，其测量准确度容易受环境温度的影响。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本实用新型公开了一种光纤FP腔气压传感器。该传感器由单模光纤与一小截毛细管直接熔接而成。向毛细管中填充聚合物，同时在熔接处留存一定空气腔构成FP干涉仪，并且在该空气腔的侧面上存在一个直径为2-4微米的小孔，使空气腔与外部连通。外界气压的变化引起腔内气体折射率的改变，进而导致干涉仪的反射谱发生漂移，根据该漂移量可以实现气压的传感测量；并且毛细管内的聚合物对温度敏感，其左右两端与空气接触的端面构成另一个FP腔，可对上述干涉仪提供温度补偿。因此该传感器具有制备简单、成本低、坚固且具备温度补偿的优点。
本实用新型所采用的技术方案是：将一小截毛细管与单模光纤直接熔接，在毛细管内填充聚合物(其主要成分包括不饱和聚酯或丙烯酸酯、活性稀释剂和光引发剂等)，在聚合物与单模光纤和毛细管的熔接界面之间形成一个空气腔，然后空气腔侧面上用飞秒激光器开一个小孔。进一步，所用的单模光纤为通信用单模光纤，其包层直径为125微米。所用毛细管为石英毛细管，其长度为100-1000微米，内径为30-100微米，外径为120-180微米。毛细管内填充的聚合物具有紫外光照固化的特性，即液态的聚合物经紫外光照射后会固化。毛细管内填充聚合物后，在单模光纤和毛细管的熔接处留存一个空气腔，其长度为10-50微米。空气腔侧方上有一个小孔使空气腔与外部连通，小孔的直径为2-4微米。
本实用新型的具体工作原理是：毛细管内填充的聚合物与单模光纤和毛细管的熔接界面之间形成一个空气腔，构成一个FP干涉仪，空气腔侧方上有一个小孔使空气腔与外部连通。该传感器由单模光纤与一小截毛细管直接熔接而成，向毛细管中填充聚合物，在熔接处留存一定空气腔构成法FP干涉仪，在该空气腔的侧面上存在一个直径为2-4微米的小孔，使空气腔与外部连通。外界气压的变化引起腔内气体折射率的改变，进而导致干涉仪的反射谱发生漂移，该反射光谱波长漂移量的大小与气压的大存在相关关系，因而通过检测波长漂移量，可以实现气压的实时测量；并且毛细管内的聚合物对温度敏感，其左右两端与空气接触的端面构成另一个FP腔，对上述干涉仪提供温度补偿。
本实用新型的有益效果是：
1)传感器由单模光纤和毛细管组成，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)传感器尺寸小，全长不超过1毫米，且在空气腔上打的小孔直接仅为2-4微米，因此所述传感器具有较好的机械强度，同时方便在狭小空间使用。
3)该传感器具有温度补偿功能，以利于更准确地测量气压值。
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是本实用新型的结构示意图。图中：
1.单模光纤，2.小孔，3.毛细管，4.聚合物。
具体实施方式
如图1，制备传感器的步骤为：第一步，将通信用单模光纤和毛细管直接熔接；第二步，在毛细管内注入液态聚合物，然后置于紫外灯照射下将聚合物固化；第三步，使用飞秒激光器在空气腔上打一个直径为2-4微米的小孔。其特征为：利用的通信用单模光纤包层直径为125微米，所用毛细管为石英毛细管，其长度为100-1000微米，内径为30-100微米，外径为120-180微米。毛细管内填充的聚合物具有紫外光照固化的特性，即液态的聚合物经紫外光照射后会固化。毛细管内填充聚合物后，在单模光纤和毛细管的熔接处形成一个空气腔，其长度为10-50微米，构成一个法布里-珀罗干涉仪。空气腔侧方上有一个小孔使其与外部连通，小孔的直径为2-4微米。
使用时，传感器的单模光纤输入端与光纤环行器的输出端相连，该环行器的两个输入端分别与宽带光源和光谱仪相连。外界气压的变化引起腔内气体折射率的改变，进而导致干涉仪的反射谱发生漂移，该反射光谱波长漂移量的大小与气压的大存在相关关系，因而通过检测波长漂移量，可以实现气压的实时测量；并且毛细管内的聚合物对温度敏感，其左右两端与空气接触的端面构成另一个FP腔，对上述干涉仪提供温度补偿。
Claims (3)
1.一种光纤FP腔气压传感器，该传感器包括单模光纤(1)、毛细管(3)，毛细管内填充的聚合物(4)，其特征在于：单模光纤(1)与毛细管(3)直接熔接，毛细管(3)内填充的聚合物与单模光纤(1)和毛细管(3)的熔接界面之间形成一个空气腔，该空气腔长度为10-50微米，且空气腔侧方上有一个直径为2-4微米的小孔(2)，使空气腔与外部连通。
2.根据权利要求1所述的光纤FP腔气压传感器，其特征在于：单模光纤(1)与毛细管(3)直接熔接，且单模光纤(1)为通信用单模光纤，其包层直径为125微米。
3.根据权利要求1所述的光纤FP腔气压传感器，其特征在于：毛细管(3)的长度为100-1000微米，内径为30-100微米，外径为120-180微米，其内填充的聚合物(4)具有紫外光照固化的特性。
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