CN208155479U - 双腔结构的光纤温度与压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供双腔结构的光纤温度与压力传感器。所述传感器包括：入射组件，包括入射光纤，用于引导相干光束的入射；反射组件，包括反射光纤，用于与入射组件保持合理距离，形成本征型F‑P腔和非本征型F‑P腔；本征型F‑P腔，由第二毛细管与一段光纤熔接而成；非本征型F‑P腔，由本征型F‑P腔与入射组件或反射组件的端面保持合理距离形成；第一毛细管，固定连接所述各组件；根据非本征型F‑P腔的腔长对相干光束的反射获得测量温度和压力；根据本征型F‑P腔的腔长对相干光束的反射获得测量温度；温度补偿后得到精确的测量压力。本实用新型通过本征腔对非本征腔进行温度补偿，得到精确的压力值；结构简单易制作。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤温度与压力传感器，具体涉及双腔结构的光纤温度与压力传感器。
背景技术
光纤Fabry-Perot传感器是利用光纤与毛细管构建的F-P腔形成的干涉型传感器，可以分为本征型和非本征型。其中本征型F-P传感器(Intrinsic Fabry-PerotInterferometer,IFPI)是利用光纤本身构成一个腔长为L的F-P腔，非本征型F-P传感器(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer,EFPI)是利用两光纤端面(两端面镀膜或不镀膜)之间的空气间隙构成一个腔长为L的F-P腔。当相干光束沿着光纤入射到F-P腔时，光纤在F-P腔的两端面反射后沿原路返回并叠加产生干涉，其中干涉输出信号与此F-P腔的长度相关。当外界参量(温度、压力等)作用到该F-P腔上时，将会使其腔长L发生变化，从而导致其输出的干涉信号也发生相应变化。因此，通过干涉信号的变化得到腔长L的变化从而得到外界参量(温度、压力等)的变化量。
由于光纤F-P传感器对温度和压力均敏感，因此为了单独得到温度和压力的实际值，需要添加其他的补偿方案。专利CN103644987A采用在光纤上刻光栅的方法来得到温度，然后对F-P腔进行温度补偿得到实际的压力。专利CN105136358A采用本征型F-P与非本征型F-P相结合的方法，同样可以实现温度对压力的补偿。
但是，上述添加光纤光栅测温的方案，对传感器的封装要求较高，尤其光栅部分的光纤需要处于自由状态，不能有应力。本征与非本征F-P腔相结合的方案虽然可以同时得到温度与压力，但传感器结构复杂，难以制作。
实用新型内容
为了克服上述光纤传感器的缺点，本实用新型拟提供一种双腔结构的光纤温度与压力传感器，该传感器易于制作，其可以同时得到准确的温度和压力值。
本实用新型提供一种双腔结构的光纤温度与压力传感器，其特征在于，包括入射组件，包括入射光纤，用于引导相干光束的入射；
反射组件，包括反射光纤，用于与所述入射组件保持合理距离，形成本征型F-P腔和非本征型F-P腔；
本征型F-P腔，位于所述入射组件与反射组件之间，由第二毛细管与一段光纤熔接而成；
非本征型F-P腔，由所述本征型F-P腔与所述入射组件或所述反射组件的端面保持合理距离形成；
第一毛细管，固定连接所述入射组件、所述本征型F-P腔、所述非本征型F-P腔、所述反射组件；
根据所述非本征型F-P腔的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度和压力；根据所述本征型F-P腔的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度；对所述非本征型F-P腔进行温度补偿，得到精确的测量压力。
本实用新型采用的一技术方案是，所述入射光纤插入所述本征型F-P腔的所述第二毛细管，固定连接。
进一步地，所述反射组件还包括第三毛细管，所述反射光纤插入所述第三毛细管，固定连接，所述反射光纤的端面与所述本征型F-P腔之间形成所述非本征型F-P腔。
本实用新型采用的另一技术方案是，所述入射光纤插入所述本征型F-P腔的所述第二毛细管，固定连接。
进一步地，所述反射光纤与所述第一毛细管熔接，修剪成反射薄膜。
本实用新型采用的另一技术方案是，所述入射组件还包括第三毛细管，所述入射光纤插入所述第三毛细管，固定连接，所述入射光纤的端面与所述本征型F-P腔之间形成非本征型F-P腔。
进一步地，所述反射光纤插入所述本征型F-P腔的所述第二毛细管，固定连接。
进一步地，所述本征型F-P腔的所述第二毛细管与所述一段光纤外径相同或相近；所述第三毛细管与所述第二毛细管内外径相同，所述第一毛细管内径略大于所述第二毛细管和所述第三毛细管的外径。
进一步地，所述毛细管的材质为玻璃或者石英。
本实用新型取得的有益效果：
本征腔与非本征腔相结合，本征腔只对温度敏感，非本征腔对温度和压力均敏感，通过本征腔对非本征腔进行温度补偿，得到精确的压力值；
本征腔先与毛细管焊接在一起，方便本征腔的剪薄研磨；结构简单，易于制作。
附图说明
图1，是本实用新型实施例1传感器结构示意图；
图2A，是本实用新型实施例1传感器制备过程示意图一；
图2B，是本实用新型实施例1传感器制备过程示意图二；
图2C，是本实用新型实施例1传感器制备过程示意图三；
图2D，是本实用新型实施例1传感器制备过程示意图四；
图2E，是本实用新型实施例1传感器制备过程示意图五；
图3，是本实用新型实施例2传感器结构示意图；
图4A，是本实用新型实施例2传感器制备过程示意图一；
图4B，是本实用新型实施例2传感器制备过程示意图二；
图4C，是本实用新型实施例2传感器制备过程示意图三；
图4D，是本实用新型实施例2传感器制备过程示意图四；
图4E，是本实用新型实施例2传感器制备过程示意图五；
图5，是本实用新型实施例3传感器结构示意图；
图6A，是本实用新型实施例3传感器制备过程示意图一；
图6B，是本实用新型实施例3传感器制备过程示意图二；
图6C，是本实用新型实施例3传感器制备过程示意图三；
图6D，是本实用新型实施例3传感器制备过程示意图四；
图6E，是本实用新型实施例3传感器制备过程示意图五。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本实用新型技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。其只是包含了本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本实用新型的各种变化获得的其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种双腔结构的光纤温度与压力传感器，如图1所示，图1是本实用新型实施例1传感器结构示意图。
所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，包括：入射组件1，包括入射光纤11，用于引导相干光束的入射；反射组件2，包括反射光纤21，用于与所述入射组件1保持合理距离，形成本征型F-P腔3和非本征型F-P腔4；本征型F-P腔3，位于所述入射组件1与反射组件2之间，由第二毛细管32与一段光纤31熔接而成；非本征型F-P腔4，由所述本征型F-P腔3与所述入射组件1或所述反射组件2的端面保持合理距离形成；第一毛细管5，固定连接所述入射组件1、所述本征型F-P腔3、所述非本征型F-P腔4、所述反射组件2；根据所述非本征型F-P腔4的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度和压力；根据所述本征型F-P腔3的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度；对所述非本征型F-P腔4进行温度补偿，得到精确的测量压力。
如图1所示，本实用新型采用的一技术方案是，所述入射光纤11插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，固定连接后插入所述第一毛细管5，再固定连接；所述反射组件2还包括第三毛细管6，所述反射光纤21插入所述第三毛细管6，固定连接后插入所述第一毛细管5，再固定连接，所述反射光纤21的端面20与所述本征型F-P腔3的端面30之间形成所述非本征型F-P腔4。
本方案的结构中，本征腔与非本征腔的位置也可以互换，互换后得到下个技术方案。
如图3所示，本实用新型采用的另一技术方案是，所述入射光纤11插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，固定连接后插入所述第一毛细管5，再固定连接；所述反射光纤21与所述第一毛细管5熔接，修剪成反射薄膜23，所述反射薄膜23的端面230与所述本征型F-P腔3的端面30之间形成所述非本征型F-P腔4。
如图5所示，本实用新型采用的另一技术方案是，所述入射组件1还包括第三毛细管6，所述入射光纤11插入所述第三毛细管6，固定连接后插入所述第一毛细管5，再固定连接，所述反射光纤21插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，固定连接后插入所述第一毛细管5，再固定连接；所述入射光纤11的端面10与所述本征型F-P腔3的端面30之间形成非本征型F-P腔4。
所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32与所述一段光纤31外径相同或相近；所述第三毛细管6与所述第二毛细管32内外径相同，所述第一毛细管5内径略大于所述第二毛细管32和所述第三毛细管6的外径。所述毛细管的材质为玻璃或者石英。
一种双腔结构的光纤温度与压力传感器的制备方法，所述方法包括以下步骤：
将第二毛细管32与一段光纤31熔接在一起，对所述光纤31剪薄研磨为需要的长度，形成本征型F-P腔3；
将入射组件1、所述本征型F-P腔3、反射组件2插入第一毛细管5，合理控制其距离，形成非本征型F-P腔4，固定连接形成双腔结构的光纤温度与压力传感器。
所述固定连接的方式是胶粘或焊接。
所述将入射组件1、所述本征型F-P腔3、反射组件2插入第一毛细管5，合理控制其距离，形成非本征型F-P腔4具体采用的一技术方案，包括如下步骤：将所述入射组件1的入射光纤11插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，固定连接后插入所述第一毛细管5，再固定连接；将反射光纤21插入第三毛细管6固定连接，形成所述反射组件2；将所述反射组件2插入所述第一毛细管5，固定连接，所述反射组件20的端面与所述本征型F-P腔3的端面30之间保持合理距离，形成非本征型F-P腔4。
所述将入射组件1、所述本征型F-P腔3、反射组件2插入第一毛细管5，合理控制其距离，形成非本征型F-P腔4具体采用的另一技术方案，包括如下步骤：将第一毛细管5与反射光纤熔接在一起，对所述反射光纤剪薄研磨为反射薄膜23，形成反射组件2；将所述入射组件1的入射光纤11插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，固定连接后插入所述第一毛细管5，固定连接；所述本征型F-P腔3的端面30与所述反射薄膜23的端面230之间保持合理距离，形成非本征型F-P腔4。
所述将入射组件1、所述本征型F-P腔3、反射组件2插入第一毛细管5，合理控制其距离，形成非本征型F-P腔4具体采用的另一技术方案，包括如下步骤：将所述反射组件2的反射光纤21插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，固定连接后插入所述第一毛细管5，固定连接；将所述入射组件1的入射光纤11插入第三毛细管6，固定连接后插入所述第一毛细管5，固定连接；所述入射光纤11的端面10与所述本征型F-P腔3的端面30之间保持合理距离，形成非本征型F-P腔4。
本实用新型制作的双腔结构的光温度与压力传感器，包括本征型F-P腔3和非本征型F-P腔4，3的腔长为L1，4的腔长为L2。L1和L2通常为100～300微米，并且为了能够区别出两个腔，L1与L2的差值应大于几十微米，例如L1与L2的差值为50～150微米，L1大于L2或L1小于L2均可以。
本征型F-P腔3只对温度敏感，非本征型F-P腔4对温度和压力均敏感，通过3得到的温度值，对4进行温度补偿，从而得到准确的压力值，因此该传感器最终将同时得到准确的温度和压力值。
实施例1
实施例1提供一种双腔结构的光纤温度与压力传感器。如图1所示，图1是本实用新型实施例1双腔结构的光纤温度与压力传感器结构示意图，图2A至图2E是本实用新型实施例1的传感器制备过程示意图。
所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，包括：本征型F-P腔3、入射组件1，、反射组件2、非本征型F-P腔4、第一毛细管5。
本征型F-P腔3，由第二毛细管32与一段光纤31熔接而成；入射组件1，包括入射光纤11，用于引导相干光束的入射；所述入射光纤11插入本征型F-P腔3的第二毛细管32，固定连接后插入所述第一毛细管5，再固定连接；反射组件2，包括反射光纤21、第三毛细管6，所述反射光纤21插入所述第三毛细管6，固定连接后插入所述第一毛细管5，再固定连接，所述反射光纤21的端面20与所述本征型F-P腔3的端面30之间形成所述非本征型F-P腔4；非本征型F-P腔4，由所述本征型F-P腔3的端面30与所述反射组件2的端面20保持合理距离形成；第一毛细管5，固定连接所述入射组件1、所述本征型F-P腔3、所述非本征型F-P腔4、所述反射组件2；根据所述非本征型F-P腔4的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度和压力；根据所述本征型F-P腔3的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度；对所述非本征型F-P腔4进行温度补偿，得到精确的测量压力。
所述非本征型F-P腔4的腔长L2与所述本征型F-P腔3的腔长L1差值为50～150微米。
所述双腔结构的光纤温度与压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
如图2A所示，将第二毛细管32与一段光纤31熔接在一起，其中所述第二毛细管32与所述一段光纤31外径相同或相近，材质为玻璃或者石英；
如图2B所示，对所述光纤31剪薄研磨为需要长度L1，形成本征型F-P腔3；所述本征型F-P腔3的端面30可以按照需要镀特定反射系数的膜或者不镀膜；
如图2C所示，将入射光纤11的端面10切平，端面10可以按照需要镀特定反射系数的膜或者不镀膜，插入所述本征型F-P腔的所述第二毛细管32，所述入射光纤11与所述第二毛细管32通过胶粘或焊接固定连接，形成组件71；
如图2D所示，将反射光纤2的端面20切平，端面20可以按照需要镀特定反射系数的膜或者不镀膜，插入第三毛细管6，通过胶粘或焊接固定连接，形成反射组件2；
如图2E所示，将所述反射组件2插入第一毛细管5，通过胶粘或焊接固定连接，形成组件72；
如图1所示，将所述组件71插入组件72，合理控制所述反射光纤的2的端面20与所述本征型F-P腔3的另一端面30的距离，形成非本征型F-P腔4，通过胶粘或焊接固定连接，形成双腔结构的光纤温度与压力传感器。
实施例2
实施例2提供一种双腔结构的光纤温度与压力传感器。如图3所示，图3是本实用新型实施例2双腔结构的光纤温度与压力传感器结构示意图。图4A至图4E是本实用新型实施例2的传感器制备过程示意图。
所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，包括：本征型F-P腔3、入射组件1、反射组件2、非本征型F-P腔4、第一毛细管5。
所述本征型F-P腔3，位于所述入射组件1与反射组件2之间，由第二毛细管32与一段光纤31熔接而成；所述入射组件1，包括入射光纤11，用于引导相干光束的入射，所述入射光纤11插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，固定连接后插入所述第一毛细管5，再固定连接；反射组件2，包括反射光纤，所述反射光纤与所述第一毛细管5熔接，修剪成反射薄膜23，所述反射薄膜23的端面230与所述本征型F-P腔3的端面30之间形成所述非本征型F-P腔4；非本征型F-P腔4，由所述本征型F-P腔3的端面30与所述反射组件2的端面230保持合理距离形成；第一毛细管5，固定连接所述入射组件1、所述本征型F-P腔3、所述非本征型F-P腔4、所述反射组件2；根据所述非本征型F-P腔4的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度和压力；根据所述本征型F-P腔3的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度；对所述非本征型F-P腔4进行温度补偿，得到精确的测量压力。
所述非本征型F-P腔4的腔长L2与所述本征型F-P腔的腔长L1差值为50～150微米。
所述双腔结构的光纤温度与压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
如图4A所示，将第二毛细管32与一段光纤31熔接在一起，其中所述第二毛细管32与所述一段光纤31外径相同或相近，材质为玻璃或者石英；
如图4B所示，对所述光纤31剪薄研磨为需要长度L1，形成本征型F-P腔3；所述本征型F-P腔3的端面30可以按照需要镀特定反射系数的膜或者不镀膜；
如图4C所示，将入射光纤11的端面10切平，端面10可以按照需要镀特定反射系数的膜或者不镀膜，插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，所述入射光纤11与所述第二毛细管32通过胶粘或焊接固定连接，形成组件71；
如图4D所示，将第一毛细管5与一段反射光纤21熔接在一起；
如图4E所示，对所述光纤21剪薄研磨为反射薄膜23，所述反射薄膜23的内端面230可以按照需要镀特定反射系数的膜或者不镀膜，形成组件73；
如图3所示，将所述组件71插入组件73，合理控制所述反射薄膜23的端面230与所述本征型F-P腔3的另一端面30的距离，形成非本征型F-P腔4，腔4的长度为L2，通过胶粘或焊接固定连接，形成双腔结构的光纤温度与压力传感器。
实施例3
实施例3提供一种双腔结构的光纤温度与压力传感器。如图5所示，图5是本实用新型实施例3双腔结构的光纤温度与压力传感器结构示意图。
本实施例3提供的传感器，其主要构成与实施例1的传感器大致相同，但是，其本征型F-P腔3与非本征型F-P腔4互换了。
所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，包括：本征型F-P腔3、入射组件1、反射组件2、非本征型F-P腔4、第一毛细管5。
所述本征型F-P腔3，由第二毛细管32与一段光纤31熔接而成；所述反射组件2包括反射光纤21，所述反射光纤21插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，通过胶粘或焊接固定连接后；插入所述第一毛细管5，通过胶粘或焊接固定连接；所述入射组件1，包括入射光纤11、第三毛细管6，所述入射光纤11用于引导相干光束的入射；所述入射光纤11插入所述第三毛细管6，通过胶粘或焊接固定连接后插入所述第一毛细管5，通过胶粘或焊接固定连接；所述入射光纤11的端面10与所述本征型F-P腔3的另一端面30形成非本征型F-P腔4；根据所述非本征型F-P腔4的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度和压力；根据所述本征型F-P腔3的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度；对所述非本征型F-P腔4进行温度补偿，得到精确的测量压力。
所述非本征型F-P腔4的腔长L2与所述本征型F-P腔3的腔长L1差值为50～150微米。
所述双腔结构的光纤温度与压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
如图6A所示，将第二毛细管32与一段光纤31熔接在一起，其中所述第二毛细管32与所述一段光纤31外径相同或相近，材质为玻璃或者石英；
如图6B所示，对所述光纤31剪薄研磨为需要长度L1，形成本征型F-P腔3；所述本征型F-P腔3的端面30可以按照需要镀特定反射系数的膜或者不镀膜；
如图6C所示，将反射光纤21的端面20切平，端面20可以按照需要镀特定反射系数的膜或者不镀膜，插入所述本征型F-P腔3的所述第二毛细管32，所述反射光纤21与所述第二毛细管32通过胶粘或焊接固定连接，形成组件74；
如图6D所示，将入射光纤11的端面10切平，端面10可以按照需要镀特定反射系数的膜或者不镀膜，插入第三毛细管6，通过胶粘或焊接固定连接，形成入射组件1；
如图6E所示，将所述组件74插入第一毛细管5，通过胶粘或焊接固定连接，形成组件75；
如图5所示，将所述入射组件1插入组件75，合理控制所述入射光纤11的端面10与所述本征型F-P腔3的另一端面30的距离，形成非本征型F-P腔4，通过胶粘或焊接固定连接，形成双腔结构的光纤温度与压力传感器。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
Claims (8)
1.一种双腔结构的光纤温度与压力传感器，其特征在于，包括：
入射组件，包括入射光纤，用于引导相干光束的入射；
反射组件，包括反射光纤，用于与所述入射组件保持合理距离，形成本征型F-P腔和非本征型F-P腔；
所述本征型F-P腔，位于所述入射组件与反射组件之间，由第二毛细管与一段光纤熔接而成；
所述非本征型F-P腔，由所述本征型F-P腔与所述入射组件或所述反射组件的端面保持合理距离形成；
第一毛细管，固定连接所述入射组件、所述本征型F-P腔、所述非本征型F-P腔、所述反射组件；
根据所述非本征型F-P腔的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度和压力；根据所述本征型F-P腔的腔长对所述相干光束的反射获得测量温度；对所述非本征型F-P腔进行温度补偿，得到精确的测量压力。
2.根据权利要求1所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，其特征在于，所述入射光纤插入所述本征型F-P腔的所述第二毛细管，固定连接。
3.根据权利要求2所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，其特征在于，所述反射组件还包括第三毛细管，所述反射光纤插入所述第三毛细管，固定连接，所述反射光纤的端面与所述本征型F-P腔之间形成所述非本征型F-P腔。
4.根据权利要求2所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，其特征在于，所述反射光纤与所述第一毛细管熔接，修剪成反射薄膜。
5.根据权利要求1所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，其特征在于，所述入射组件还包括第三毛细管，所述入射光纤插入所述第三毛细管，固定连接，所述入射光纤的端面与所述本征型F-P腔之间形成非本征型F-P腔。
6.根据权利要求5所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，其特征在于，所述反射光纤插入所述本征型F-P腔的所述第二毛细管，固定连接。
7.根据权利要求3或5所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，其特征在于，所述本征型F-P腔的所述第二毛细管与所述一段光纤外径相同或相近；所述第三毛细管与所述第二毛细管内外径相同，所述第一毛细管内径略大于所述第二毛细管和所述第三毛细管的外径。
8.根据权利要求7所述双腔结构的光纤温度与压力传感器，其特征在于，所述毛细管的材质为玻璃或者石英。
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