CN205941335U - 一种高灵敏度的光纤efpi传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，属于光纤传感技术领域。它包括毛细管、单模光纤和反射膜，其中，单模光纤包括入射光纤和反射光纤，入射光纤和反射光纤位于毛细管内的一端上对应各有一段纤芯I和纤芯II，纤芯I的端面和纤芯II的端面之间间隙相对，纤芯I的端面和纤芯II的端面上均设有反射膜，纤芯I的表面和纤芯II的表面均设有反射膜，入射光纤与纤芯I衔接处的端面为横切面I，反射光纤与纤芯II衔接处的端面为横切面II，横切面I和横切面II上均设有反射膜，还包括它的制作方法。与现有的技术相比，本实用新型采用在光纤端面镀上一层钯金膜提高端面的反射率，从而提高光纤EFPI的干涉效果。

Description

一种高灵敏度的光纤EFPI传感器

技术领域

本发明涉及的是光纤传感技术领域，主要涉及一种高灵敏度的光纤EFPI传感器。

背景技术

光纤传感器是近几十年来兴起的一种新型传感器，涉及许多重要的领域，主要应用在城市建设中的大桥，大坝等；应用在电力系统方面测量电流，温度等参数；还包括航空航天，环境监测，医学及生物检测等方面，光纤传感器按照结构可分为光纤光栅传感器、光纤珐珀传感器、布里渊背向散射分布式光纤传感器等。其中，光纤珐珀传感器以其结构简单、成本低、精度高、测量范围广等特点，受到了日益广泛的关注。

1988年Lee和Taylor制成的本征光纤珐珀传感器(Intrinsic Fabry-PerotInterferometer，IFPI)为内腔式结构，光束都在光纤内部进行反射；1991年Murph等人制作成非本征光纤珐珀传感器(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer，EFPI)，在EFPI中存在一个空气腔，可以通过测量腔长的变化来监测环境参数，并且其精细度高、有较宽的波长调节范围等，因此被广泛应用在工程等领域中，传统的EFPI结构是采用普通光纤端面约4％的菲涅尔反射制作，目前，如何改善非本征光纤珐珀传感器的结构，以提高其在应变、液体折射率、温度等参数监测的性能已受到日益广泛的关注。刘申等人制作了基于气泡结构的光纤F-P压力传感器，其对压力的测量的灵敏度达到43.0pm/με，并且温度和应变交叉敏感问题的误差小于0.046με/℃。李辉栋等人通过腐蚀方法制作了基于光纤气泡和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉仪，来测量环境液体折射率的变化，但在用腐蚀方法制作Mach-Zehnder干涉仪的过程中，难以控制它的腐蚀程度，并且使用的氢氟酸具有极强的腐蚀性，有毒，使用中有危险性；张伟超等人制作了膜片式EFPI，多用于振动监测，利用石英膜片作为声波耦合的换能元件，实现对液-固复合绝缘介质中局部放电信号的动态监测，反射率为50％。

中国发明专利，授权号：CN 103335949 A，公布日：2013.10.02。涉及光纤传感技术领域，公开了一种光纤EFPI传感器，是为了解决现有的EFPI光纤传感器的热稳定性不高导致的精确度下降设计的。通过将毛细管的热膨胀系数设置在0.25-0.99之间，实现光线反射端对毛细管的热胀冷缩的补偿，同时也避免了过补偿。此专利只是旨在解决光纤EFPI热稳定不高的问题，对其灵敏度并没有涉及。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中EFPI传感器灵敏度不高的问题，本发明提供了一种高灵敏度的光纤EFPI传感器。它的灵敏度比传统的光纤EFPI的传感器高，并且对温度不灵敏，具有温度自补偿的功能，应用前景广阔。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，包括毛细管、单模光纤和反射膜，其中，单模光纤包括入射光纤和反射光纤，入射光纤和反射光纤位于毛细管内的一端各对应有一段纤芯I和纤芯II，纤芯I的端面和纤芯II的端面之间间隙相对，纤芯I的端面和纤芯II的端面上均设有反射膜。此处，纤芯I的端面和纤芯II的端面是指纤芯I横截面的端面和纤芯II横截面的端面。

优选地，纤芯I的表面和纤芯II的表面均设有反射膜，EFPI传感器中光在光纤中传播时反射效果更好，一方面使得反射的光束数目多，干涉效果明显；另一方面为解决EFPI光纤传感器外的毛细管热胀冷缩引起的温度敏感问题，通过反射膜来降低温度的影响。此处，纤芯I的表面和纤芯II的表面是指纤芯I圆柱状体的表面和纤芯II圆柱状体的表面，对应地，均不包括以上所述的纤芯I横截面的端面和纤芯II横截面的端面。

优选地，纤芯I的端面和纤芯II的端面均是平整的。

优选地，入射光纤与纤芯I衔接处的端面为横切面I，反射光纤与纤芯II衔接处的端面为横切面II，横切面I和横切面II上均设有反射膜。

优选地，入射光纤的表面和反射光纤的表面均设有反射膜。能够起到温度补偿的作用。此处，入射光纤的表面和反射光纤的表面，对应地，均不包括横切面I和横切面II，是指入射光纤圆柱状体的表面和反射光纤圆柱状体的表面。

优选地，反射膜的材料为钯金，反射膜为金属膜，比如银膜，银膜反射率高，但易氧化，不稳定，钯金膜反射率仅次于银膜，但钯金膜不易氧化，性能稳定，反射率为80％。

一种高灵敏度的光纤EFPI传感器的制作方法，步骤为：

A、加工单模光纤：去除两根单模光纤(分别对应为入射光纤和反射光纤)一端上的保护层、涂覆层及包层，将其端面切平，形成横切面I和横切面II、纤芯I和纤芯II，将纤芯I和纤芯II表面擦拭干净；

使用剥线钳去除保护层、涂覆层及包层，光纤放在光纤切割刀上面把端面切平。

B、镀膜：纤芯I和纤芯II的端面上镀上材料为钯金的反射膜；

采用镀膜设备HUMMER离子镀膜仪，镀膜材料为钯金，选择钯金的原因是由于其具有高反射率、不易氧化，极易与光纤附着粘合，镀膜时间为5min，镀膜时间越长，反射膜的厚度越厚，反射率越高，纤芯I和纤芯II镀膜后直径235um，端面反射率为80％。

C、选择毛细管：选用与镀钯金膜单模光纤外径尺寸相匹配的毛细管；

毛细管很薄、很硬，能保持水平，光纤刚好能放置在毛细管内，毛细管的规格为内径250um(与镀膜后的单模光纤的直径相匹配)，毛细管的外径1mm，可以保证两根光纤镀钯金膜的端面的中心能够精确对准；

D、对准：将两根镀钯金膜的单模光纤端面(即纤芯I和纤芯II的端面)相对放置在毛细管中，形成F-P腔；

E、调整F-P腔长：实时调整F-P腔长(即纤芯I和纤芯II的端面之间的距离)实现对传感器干涉参数的调节，直到满足所需设定的参数；

F、在固定点处将光纤和毛细管固定连接。

在两根光纤离端面约10-15mm处，即固定点上涂覆AB胶，将两根镀钯金膜的光纤端面精确对准水平放置在毛细管中，AB胶稳定性好，附着能力强；采用AB胶的固定方式，步骤F先于步骤E进行，AB胶凝固需要5min，在这段时间里，可以调整F-P腔的腔长；

也可以是采用电弧焊接或co₂激光器点焊，与步骤E相同，当干涉效果最好时，确定F-P腔长，不再调整纤芯I和纤芯II的端面之间的距离，使用电弧焊接或co₂激光器点焊固定点，将光纤和毛细管固定连接在一起。

优选地，步骤A中，纤芯I和纤芯II的长度均为5-10mm；步骤D中固定点与纤芯I和纤芯II端面的距离范围均为10-15mm，即光纤EFPI传感器左侧入射光纤上，固定点与纤芯I端面的距离范围为10-15mm，光纤EFPI传感器右侧反射光纤上，固定点与纤芯II端面的距离范围也为10-15mm。这个长度决定了光纤EFPI传感器的长度，进而会影响到光纤EFPI传感器的测量灵敏度。固定点处涂覆AB胶，其稳定性好，附着能力强。

优选地，步骤E中，光源的输出端与3dB耦合器的输入端连接，3dB耦合器的一个输出端与入射光纤位于毛细管外部的一端连接，3dB耦合器的另一个输出端与光谱仪连接。

步骤E中实时调整F-P腔的腔长d(即纤芯I和纤芯II的端面之间的距离)实现对EFPI传感器干涉参数(即自由谱宽FSR)的调节，直到满足所需设定的参数(即满足干涉效果最好所对应的自由谱宽FSR范围)。

优选地，步骤B中，在入射光纤和反射光纤的表面、横切面I和横切面II、纤芯I和纤芯II的表面上也都镀上材料为钯金的反射膜，能够起到温度补偿的作用。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，通过提高光纤端面反射率，从而提高光纤EFPI传感器的灵敏度，传统的光纤EFPI传感器的反射率仅有4％，本发明在纤芯I的端面和纤芯II的端面上均设有反射膜，镀钯金膜后的光纤EFPI传感器反射率为80％；

(2)本发明的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，结构简单，相比较于其他光纤EFPI传感器的制作方法简便；

(3)本发明的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，提出的光纤EFPI传感器因其镀膜后，镀钯金膜后的光纤EFPI传感器反射率提高了，进而灵敏度明显提高了；

(4)本发明的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，在入射光纤的表面和反射光纤的表面均设有反射膜，能够起到温度补偿的作用；

(5)本发明的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，反射膜的材料为钯金，反射膜为金属膜，比如银膜，银膜反射率高，但易氧化，不稳定，钯金膜反射率仅次于银膜，但钯金膜不易氧化，性能稳定，反射率为80％；

(6)本发明的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，毛细管很薄、很硬，能保持水平，光纤刚好能放置在毛细管内，毛细管的规格为内径250um(与镀膜后的单模光纤的直径相匹配)，毛细管的外径1mm，可以保证两根光纤镀钯金膜的端面的中心能够精确对准；

(7)本发明的步骤D中固定点与纤芯I和纤芯II端面的距离范围均为10-15mm，即光纤EFPI传感器左侧入射光纤上，固定点与纤芯I端面的距离范围为10-15mm，光纤EFPI传感器右侧反射光纤上，固定点与纤芯II端面的距离范围也为10-15mm，这个长度决定了光纤EFPI传感器的长度，进而会影响到光纤EFPI传感器的测量灵敏度；

(8)本发明固定点处涂覆AB胶，其稳定性好，附着能力强，增加了传感器本身结构的稳固性。

附图说明

图1为本发明的传感器的示意图；

图2为本发明的传感器的制作流程图；

图3为本发明的传感器实时调整的监测示意图；

图4为本发明的传感器横向负载与波长的关系；

图5为本发明的传感器腔长变化与光强变化的关系；

图6为现有技术中反射率为4％的传感器的横向负载与波长的关系；

图7为现有技术中反射率为4％的传感器的腔长变化与光强变化的关系；

图8为传统EFPI传感器的温度特性；

图9为本发明的镀钯金膜光纤EFPI传感器的温度特性。

图中的标号说明：

101、入射光纤；102、反射光纤；103、纤芯I；104、纤芯II；105、横切面I；106、横切面II；2、反射膜；3、固定点；4、毛细管；5、光源；6、3dB耦合器；7、光谱仪；8、镀钯金膜光纤EFPI。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，包括毛细管4、单模光纤和反射膜2，其中，单模光纤包括入射光纤101和反射光纤102，入射光纤101和反射光纤102位于毛细管4内的一端上对应各有一段纤芯I103和纤芯II104，纤芯I103的端面和纤芯II104的端面之间间隙相对，纤芯I103的端面和纤芯II104的端面上均设有反射膜2。

纤芯I103的表面和纤芯II104的表面均设有反射膜2，EFPI传感器中光在光纤中传播时反射效果更好。

纤芯I103的端面和纤芯II104的端面均是平整的，入射光纤101与纤芯I103衔接处的端面为横切面I105，反射光纤102与纤芯II104衔接处的端面为横切面II106，横切面I105和横切面II106上均设有反射膜2。

入射光纤101的表面和反射光纤102的表面均设有反射膜2，能够起到温度补偿的作用。

反射膜2的材料为钯金，反射膜2为金属膜，比如银膜，银膜反射率高，但易氧化，不稳定，钯金膜反射率仅次于银膜，但钯金膜不易氧化，性能稳定，反射率为80％。

一种高灵敏度的光纤EFPI传感器的制作方法，包括以下步骤：

A、加工单模光纤：去除两根单模光纤(分别对应为入射光纤101和反射光纤102)一端上的保护层、涂覆层及包层，将其端面切平，形成横切面I105和横切面II106、纤芯I103和纤芯II104，将纤芯I103和纤芯II104表面擦拭干净；

使用剥线钳去除保护层、涂覆层及包层，光纤放在光纤切割刀上面把端面切平。

B、镀膜：纤芯I103和纤芯II104的端面上镀上材料为钯金的反射膜2；

采用镀膜设备HUMMER离子镀膜仪，镀膜材料为钯金，选择钯金的原因是由于其具有高反射率、不易氧化，极易与光纤附着粘合，镀膜时间为5min，镀膜时间越长，反射膜2的厚度越厚，反射率越高，纤芯I103和纤芯II104镀膜后直径235um，端面反射率为80％。

C、选择毛细管4：选用与镀钯金膜单模光纤外径尺寸相匹配的毛细管4；

毛细管4很薄、很硬，能保持水平，光纤刚好能放置在毛细管4内，毛细管4的规格为内径250um(与镀膜后的单模光纤的直径相匹配)，毛细管4的外径1mm，可以保证两根光纤镀钯金膜的端面的中心能够精确对准；

D、对准：将两根镀钯金膜的单模光纤端面(即纤芯I103和纤芯II104的端面)相对放置在毛细管4中，形成F-P腔；

E、调整F-P腔长：实时调整F-P腔长(即纤芯I103和纤芯II104的端面之间的距离)实现对传感器干涉参数的调节，直到满足所需设定的参数；

F、在固定点3处将光纤和毛细管4固定连接。

在两根光纤离端面约14mm处，即固定点3上涂覆AB胶，将两根镀钯金膜的光纤端面精确对准水平放置在毛细管4中，AB胶稳定性好，附着能力强；采用AB胶的固定方式，步骤F先于步骤E进行，AB胶凝固需要5min，在这段时间里，可以调整F-P腔的腔长；

也可以是采用电弧焊接或co₂激光器点焊，与步骤E相同，当干涉效果最好时，确定F-P腔长，不再调整纤芯I103和纤芯II104的端面之间的距离，使用电弧焊接或co₂激光器点焊固定点3，将光纤和毛细管4固定连接在一起。

步骤A中，纤芯I103和纤芯II104的长度均为8mm；步骤D中固定点3与纤芯I103和纤芯II104端面的距离范围均为14mm。这个长度决定了EFPI传感器的长度，进而会影响到光纤EFPI传感器的测量灵敏度。固定点3处涂覆AB胶，其稳定性好，附着能力强。

步骤E中，光源5的输出端与3dB耦合器6的输入端连接，3dB耦合器6的一个输出端与入射光纤101位于毛细管4外部的一端连接，3dB耦合器6的另一个输出端与光谱仪7连接。

入射光纤101位于毛细管4外部的一端，对应是图3中，镀钯金膜光纤EFPI8的输入端。

步骤E中，当两束反射光的干涉相位满足以下条件，即干涉信号光强度I＝0时，

此时光谱中自由谱宽FSR为：

$FSR=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{2nd},$

其中，d为EFPI传感器F-P腔的腔长，由上式可以知道，干涉信号的干涉相位以及光谱的自由谱宽FSR均与F-P腔长d有关。

当介质折射率n和入射波长λ(入射波长λ没有特殊的要求，其主要是由光源5的波长范围决定的)固定时，自由谱宽FSR与F-P腔的腔长d成固定比例，本实施例的折射率n＝1，即空气的折射率，入射波长λ＝1527.34nm，是指两个相邻干涉峰之间的距离，只要观察自由谱宽FSR的值即可确定F-P腔的腔长，对应的自由谱宽FSR范围为3-8nm，干涉效果最好。

即，步骤E中实时调整F-P腔的腔长d(即纤芯I103和纤芯II104的端面之间的距离)实现对EFPI传感器干涉参数(即自由谱宽FSR)的调节，直到满足所需设定的参数(即满足干涉效果最好所对应的自由谱宽FSR范围)。

步骤B中，在入射光纤101和反射光纤102的表面、横切面I105和横切面II106、纤芯I103和纤芯II104的表面上也都镀上材料为钯金的反射膜2，能够起到温度补偿的作用。

实施例1

结合图1，一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，包括毛细管4、单模光纤和反射膜2，其中，单模光纤包括入射光纤101和反射光纤102，入射光纤101和反射光纤102位于毛细管4内的一端上对应各有一段纤芯I103和纤芯II104，纤芯I103的端面和纤芯II104的端面之间间隙相对，纤芯I103的端面和纤芯II104的端面上均设有反射膜2。

实施例2

本实施例与实施例1类似，其中不同之处在于，纤芯I103的表面和纤芯II104的表面均设有反射膜2，EFPI传感器中光在光纤中传播时反射效果更好。

实施例3

本实施例与实施例1-2中任一个技术方案类似，其中不同之处在于，纤芯I103的端面和纤芯II104的端面均是平整的，入射光纤101与纤芯I103衔接处的端面为横切面I105，反射光纤102与纤芯II104衔接处的端面为横切面II106，横切面I105和横切面II106上均设有反射膜2。

实施例4

本实施例与实施例1-3中任一个技术方案类似，其中不同之处在于，入射光纤101的表面和反射光纤102的表面均设有反射膜2，能够起到温度补偿的作用。

实施例5

本实施例与实施例1-4中任一个技术方案类似，其中不同之处在于，反射膜2为金属膜，本实施例中反射膜2的材料为钯金，比如也可以是银膜，银膜反射率高，但易氧化，不稳定，钯金膜反射率仅次于银膜，而钯金膜不易氧化，性能稳定，反射率为80％。

实施例6

本实施例中的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，与实施例1-5中任一个技术方案类似，结合图2，一种高灵敏度的光纤EFPI传感器的制作方法，包括以下步骤：

A、加工单模光纤：去除两根单模光纤(分别对应为入射光纤101和反射光纤102)一端上的保护层、涂覆层及包层，将其端面切平，形成横切面I105和横切面II106、纤芯I103和纤芯II104，将纤芯I103和纤芯II104表面擦拭干净；

使用剥线钳去除保护层、涂覆层及包层，光纤放在光纤切割刀上面把端面切平。

B、镀膜：纤芯I103和纤芯II104的端面上镀上材料为钯金的反射膜2；

采用镀膜设备HUMMER离子镀膜仪，镀膜材料为钯金，选择钯金的原因是由于其具有高反射率、不易氧化，极易与光纤附着粘合，镀膜时间为5min，镀膜时间越长，反射膜2的厚度越厚，反射率越高，纤芯I103和纤芯II104镀膜后直径235um，端面反射率为80％。

C、选择毛细管4：选用与镀钯金膜单模光纤外径尺寸相匹配的毛细管4；

毛细管4很薄、很硬，能保持水平，光纤刚好能放置在毛细管4内，毛细管4的规格为内径250um(与镀膜后的单模光纤的直径相匹配)，毛细管4的外径1mm，可以保证两根光纤镀钯金膜的端面的中心能够精确对准；

D、对准：将两根镀钯金膜的单模光纤端面(即纤芯I103和纤芯II104的端面)相对放置在毛细管4中，形成F-P腔；

E、调整F-P腔长：实时调整F-P腔长(即纤芯I103和纤芯II104的端面之间的距离)实现对传感器干涉参数的调节，直到满足所需设定的参数；

F、在固定点3处将光纤和毛细管4固定连接。

在两根光纤离端面约10-15mm处，即固定点3上涂覆AB胶，将两根镀钯金膜的光纤端面精确对准水平放置在毛细管4中，AB胶稳定性好，附着能力强；采用AB胶的固定方式，步骤F先于步骤E进行，AB胶凝固需要5min，在这段时间里，可以调整F-P腔的腔长；

也可以是采用电弧焊接或co₂激光器点焊，与步骤E相同，当干涉效果最好时，确定F-P腔长，不再调整纤芯I103和纤芯II104的端面之间的距离，使用电弧焊接或co₂激光器点焊固定点3，将光纤和毛细管4固定连接在一起。

步骤A中，纤芯I103和纤芯II104的长度均为5-10m；本实施例中，纤芯I103和纤芯II104的长度可选择5mm、7mm、10mm等数值，步骤D中固定点3与纤芯I103和纤芯II104端面的距离范围为10-15mm，本实施例中可选择为10mm、13mm、15mm等数值。这个长度决定了光纤EFPI传感器的长度，影响光纤EFPI传感器的灵敏度，若靠纤芯I103和纤芯II104太近了会影响F-P腔长d的变化。固定点3处涂覆AB胶，其稳定性好，附着能力强。

步骤E中，光源5的输出端与3dB耦合器6的输入端连接，3dB耦合器6的一个输出端与入射光纤101位于毛细管4外部的一端连接，3dB耦合器6的另一个输出端与光谱仪7连接。

入射光纤101位于毛细管4外部的一端，对应是图3中镀钯金膜光纤EFPI8的输入端。

步骤E中，当两束反射光的干涉相位满足以下条件，即干涉信号光强度I＝0时，

此时光谱中自由谱宽FSR为：

$FSR=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{2nd},$

其中，d为EFPI传感器F-P腔的腔长，由上式可以知道，干涉信号的干涉相位以及光谱的自由谱宽FSR均与F-P腔长d有关。

当介质折射率n和入射波长λ(入射波长λ没有特殊的要求，其主要是由光源5的波长范围决定的)固定时，自由谱宽FSR与F-P腔的腔长d成固定比例，本发明的折射率n＝1，即空气的折射率，入射波长λ＝1527.34nm，是指两个相邻干涉峰之间的距离，只要观察自由谱宽FSR的值即可确定F-P腔的腔长d，对应的自由谱宽FSR范围为3-8nm这个范围是通过在实验中观看干涉谱的效果得到的，干涉效果最好时，对应的自由谱宽FSR范围。

即，步骤E中实时调整F-P腔的腔长d(即纤芯I103和纤芯II104的端面之间的距离)实现对EFPI传感器干涉参数(即自由谱宽FSR)的调节，直到满足所需设定的参数(即满足干涉效果最好所对应的自由谱宽FSR范围)。

步骤B中，在入射光纤101和反射光纤102的表面、横切面I105和横切面II106、纤芯I103和纤芯II104的表面上也都镀上材料为钯金的反射膜2，能够起到温度补偿的作用。

实施例7

本实施例中的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，与实施例1-5中任一个技术方案相同，本实施例中的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器的制作方法，与实施例6相同。

EFPI的灵敏度：

通常短腔、高精细度的干涉条纹，对应的光纤EFPI传感器具有高的测量灵敏度，即，光纤EFPI传感器的灵敏度与光纤EFPI的腔长和干涉条纹的精细度有关；

1、EFPI的腔长与EFPI的灵敏度关系：

在干涉条纹的精细度不变的情况下，当两束反射光的干涉相位满足以下条件，

即干涉信号光强度I＝0时，

此时光谱中自由谱宽FSR为：

$FSR=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{2nd},$

其中，d为光纤EFPI传感器的F-P腔长，由上式可以知道，当介质折射率n和入射波长λ(入射波长λ没有特殊的要求，其主要是由光源5的波长范围决定的)固定时，干涉信号的干涉相位和光谱的自由谱宽FSR均与F-P腔长d有关，即光谱的自由谱宽FSR与F-P腔长d成反比，当干涉效果最好时对应一个光谱的自由谱宽FSR范围，在此范围内，光谱的自由谱宽FSR选择最大值时，对应的F-P腔长最短，即，干涉条纹的精细度不变的前提下，在干涉效果最好时，光纤EFPI传感器的F-P腔长越短，光纤EFPI传感器的灵敏度越高。

2、干涉条纹的精细度与EFPI的灵敏度关系：

光纤EFPI传感器的F-P腔长d固定的前提下，以下论述干涉条纹的精细度与光纤EFPI传感器的灵敏度关系干涉条纹的精细度与光纤EFPI传感器的灵敏度关系，干涉条纹的精细度，就是干涉条纹的明锐程度F，指相邻两条条纹间的相位差2π和干涉条纹的相位宽度Δδ之比来表示：

$F=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}},$

其中，干涉条纹的相位宽度Δδ等于干涉条纹峰值一半的两点间的相位差(相位宽度)，

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}=\frac{2(1-R)}{\sqrt{R}}\≈2(1-R),$

其中，R为端面反射率，那么干涉条纹的明锐程度F为：

$F=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}}=\frac{\mathrm{\π}\sqrt{R}}{1-R},$

干涉条纹的明锐程度F随着端面反射率R的增大而增大，即端面反射率R越大，干涉条纹的精细度越高，那么光纤EFPI传感器的灵敏度越高。

本发明中光纤EFPI传感器的端面反射率R为80％，提高了反射率R，进而提高了干涉条纹的明锐程度F，选择的光纤EFPI传感器的F-P腔长短，从而具有高灵敏度。

实施例8

本实施例中的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，与实施例1-5中任一个技术方案类似，本实施例中的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器的制作方法，与实施例6类似。

利用本发明的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器与传统的光纤EFPI传感器进行对比试验，验证本发明的光纤EFPI传感器的优势。对以上两种传感器的横向负载进行了研究，试验中，镀有钯金膜反射端面EFPI传感器的腔长d为323μm，传统EFPI传感器的腔长为309μm，毛细管4的长度为50mm，EFPI传感器长度(是左右两根单模光纤上的固定点3之间的距离)L＝30mm。

结合图4-7，镀钯金膜的光纤EFPI传感器由于端面具有80％的反射率，其波长对横向负载的灵敏度可达到40.83pm/g，相对于传统的光纤EFPI传感器，端面反射率为4％，波长对横向负载的灵敏度为19.46pm/g，灵敏度提高了2.10倍；此外，镀钯金膜的光纤EFPI传感器的光强比传统的光纤EFPI传感器光强对横向负载的灵敏度明显提高，前者为13.42count/g，而后者为1.9count/g。

另外，为了研究本发明的高灵敏度光纤EFPI传感器的应变温度交叉敏感问题，对本发明的高灵敏度EFPI及传统的EFPI做了温度实验，实验结果如图8-9所示。

从图8-9中可见，传统的光纤EFPI传感器的波长对温度的灵敏度为51.87pm/℃，而镀钯金膜光纤EFPI传感器的波长对温度灵敏度仅为0.7769pm/℃，基本保持不变。

由对传统及镀钯金膜的光纤EFPI传感器的横向负载及温度对比试验可知，镀钯金膜的光纤EFPI的灵敏度明显比传统的高，并且具有温度自补偿的功能，使得本发明的一种高灵敏度的EFPI在光纤应用领域有很好的前途。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，包括毛细管(4)，其特征在于，还包括单模光纤和反射膜(2)，其中，单模光纤包括入射光纤(101)和反射光纤(102)，入射光纤(101)和反射光纤(102)位于毛细管(4)内的一端各对应有一段纤芯I(103)和纤芯II(104)，纤芯I(103)的端面和纤芯II(104)的端面之间间隙相对，纤芯I(103)的端面和纤芯II(104)的端面上均设有反射膜(2)。

2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，纤芯I(103)的表面和纤芯II(104)的表面均设有反射膜(2)。

3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，纤芯I(103)的端面和纤芯II(104)的端面均是平整的。

4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，入射光纤(101)与纤芯I(103)衔接处的端面为横切面I(105)，反射光纤(102)与纤芯II(104)衔接处的端面为横切面II(106)，横切面I(105)和横切面II(106)上均设有反射膜(2)。

5.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，入射光纤(101)的表面和反射光纤(102)的表面均设有反射膜(2)。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高灵敏度的光纤EFPI传感器，其特征在于，反射膜(2)的材料为钯金。