CN208547361U - 基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器 - Google Patents
基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN208547361U CN208547361U CN201821226834.4U CN201821226834U CN208547361U CN 208547361 U CN208547361 U CN 208547361U CN 201821226834 U CN201821226834 U CN 201821226834U CN 208547361 U CN208547361 U CN 208547361U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- face
- sieve chamber
- glass sieve
- strain transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn - After Issue
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 claims description 8
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 6
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 3
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N Aspirin Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(O)=O BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000382 optic material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本实用新型公开一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器,属于光纤传感器技术领域。传感器包括第一端面的第一光纤以及包括第二端面的第二光纤,所述第一端面和第二端面对接后构成法布里玻罗腔,在法布里玻罗腔的内部有空气间隙。具有这种设计的微腔结构的传感器,极大地提高了光纤应变传感器的应变测量灵敏度,同时具有非常低的温度应变交叉敏感度。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域,特别是涉及一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器,还涉及包含上述应变传感器的传感器装置。
背景技术
光纤传感具有微型化,抗电磁干扰,耐腐蚀,可测量物理量多的特点,在工程技术和科学研究上都有广泛的研究和应用。其测量对象有:位移,压力,应变,电流,电压,气体,振动,以及加速度等等,其中,应变指的是物体在外界力的作用下产生的形变量和物体长度的比值。目前,基于光纤的应变传感已经在很多领域有了广泛的应用,如桥梁、输油管道的结构安全监测预警,高温环境下发动机的应变测试,外科手术中的应变生理参数测量等等,体现了巨大的实用价值。
基于光纤的应变传感器有法布里玻罗传感器,布拉格光栅传感器,马赫增德尔干涉传感器,长周期光纤光栅传感器等,而其中光纤法布里玻罗传感器相比于其他的传感器具有较高的应变灵敏度,极低的温度应变交叉敏感度,较高的机械强度,较低的制造成本和紧凑的结构尺寸等优点。光纤法布里玻罗传感器核心结构就是利用光纤的两个端面和中间的空气或者介质形成的法布里玻罗腔,光通过这个腔可以形成多光束或者双光束或者三光束干涉,外界物理量如应变、温度等通过改变腔长而引起干涉的变化从而解调出待测量的变化。
这里,我们提出一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法,这种光纤微腔是一种被植入光纤内部的空气腔体结构,通常称为光纤气泡腔,绝大多数的法珀传感器就是这种结构。直接在光纤内部制造一个腔体并不简单,传统上,光纤气泡微腔的制造方法是化学腐蚀,激光加工,电弧放电,特殊光纤,或石英管等方法,用这些方法制作出来的光纤气泡腔的腔体大都是球体、类球体或者长方体,并且腔体的尺寸难以控制,灵敏度没有很高;通过一系列的加工工序也可以做出复杂的腔体结构,让干涉腔长和有效腔长不等,从而提高应变灵敏度,但这种方法获得的传感器会有机械强度小,工序复杂,尺寸较大的弱点。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型的目的是克服上述现有技术的至少部分缺点,提供一种光纤法布里玻罗腔的应变传感器以及包含上述应变传感器的传感器装置。
为实现上述目的,本实用新型的光纤法布里玻罗腔的应变传感器采用以下技术方案:
根据本实用新型的一方面,提供一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器,包括第一端面的第一光纤以及包括第二端面的第二光纤,所述第一端面和第二端面对接后构成法布里玻罗腔,在法布里玻罗腔的内部有空气间隙。
在进一步的实施方案中,所述第一光纤的第一端面内形成一个环形凹槽,第一端面中间为一个圆柱。
在进一步的实施方案中,所述环形凹槽的外侧直径小于第一光纤的包层直径,所述圆柱直径大于光纤的纤芯直径大小。
在进一步的实施方案中,所述圆柱的位置在第一光纤的中心位置,所述圆柱的直径大于第一光纤的纤芯直径,圆柱的高度低于环形凹槽底部至凹槽顶部距离。
在进一步的实施方案中,所述第一光纤的第一端面和第二光纤的第二端面均经过处理后形成所述法布里玻罗腔体,或者仅所述第一光纤的第一端面经过处理后与所述第二光纤的第二端面对接后形成法布里玻罗腔。
在进一步的实施方案中,所述第一光纤和第二光纤分别为:单模光纤,多模光纤,或光子晶体光纤。
在进一步的实施方案中,所述第一光纤和第二光纤的对接方式为:电弧放电熔接,二氧化碳激光熔接,或胶水粘接。
根据本实用新型的再一方面,提供一种传感器装置,包括:
光源,用于产生光线;
环形器,用于通过所述光线;
以上任一所述的应变传感器,用于接收从环形器输出的光线后,经过法布里玻罗腔后再反射至环形器;
环形器还用于接收由应变传感器反射回的反射光谱;
光谱仪,接收所述反射光谱并进行分析
本实用新型的这种光纤法布里玻罗腔的应变传感器只需要端面激光加工和对接两个步骤,而且这两个工序都是高度可控,具有非常高的重复性,制作效率高,成本低;本实用新型的这种光纤法布里玻罗腔的应变传感器具有较高的应变灵敏度,较强的机械强度,极小的尺寸。有这种设计的微腔结构的传感器,极大地提高了光纤应变传感器的应变测量灵敏度,同时具有非常低的温度应变交叉敏感度。
附图说明
图1是本实用新型实施例的基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器的过光纤中轴线的剖面图;
图2是图1中的传感器的横截面剖面图;
图3是图1中传感器的一个应用实例的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本实用新型作进一步的详细说明。下面通过实施例,并结合附图,对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中,相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体实用新型构思进行解释,而不应当理解为对本实用新型的一种限制。
根据本实用新型的基本构思,通过采用激光直接加工第一光纤和或第二光纤的端面,在端面做一个圆环凹槽,同时光纤中心形成一个略低于端面的圆柱,然后再将这样的光纤进行对接。这种应变传感器的灵敏度高,而且尺寸完全可控可重复,可以极大地提高光纤法布里玻罗腔的应变传感器的灵敏度,同时保证良好的机械强度,较高的制作效率,较低的制作成本。
图1是本实用新型实施例的基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器的过光纤中轴线的剖面图。如图1所示,本实用新型实施例提供一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器,包括第一端面的第一光纤2以及包括第二端面的第二光纤1,所述第一端面和第二端面对接后构成法布里玻罗腔3,在法布里玻罗腔3的内部有空气间隙。光通过这个腔可以形成多光束或者双光束或者三光束干涉,外界物理量如应变、温度等通过改变腔长而引起干涉的变化从而解调出待测量的变化,这种结构的法布里玻罗腔3应变灵敏度高,且尺寸可控。
在一些实施例中,第一光纤的第一端面内形成一个环形凹槽,第一端面中间为一个圆柱。如图1和图2所示,该法布里玻罗腔3的结构为外部一空心圆柱,内部一实体圆柱的整体性结构,且空心圆柱的高度高于实体圆柱的高度。图1中,L1是光纤端面被激光处理后中心圆柱高度,与环形凹槽底部至凹槽顶部距离的高度差,在图1中也是密闭的气泡腔的干涉腔长;L2是光纤端面被激光处理后凹槽与第二端面(环形凹槽底部至凹槽顶部距离)的高度差,在图1中也是密闭的气泡腔的有效腔长。在图2中,S是密闭的气泡腔的侧壁的横截面积。
在一些实施例中,所述环形凹槽的外侧直径小于第一光纤的包层直径,所述圆柱直径大于光纤的纤芯直径大小。通过上述直径上的限值才能够获得所需的干涉效果。
在一些实施例中,圆柱的位置在第一光纤的中心位置,所述圆柱的直径大于第一光纤的纤芯直径,通过设置对称性结构,相应的干涉效果能够达到更优;而且,作为可选的方案,圆柱的高度低于环形凹槽底部至凹槽顶部距离。
在一些实施例中,第一光纤的第一端面和第二光纤的第二端面均经过处理后形成所述法布里玻罗腔体,或者仅所述第一光纤的第一端面经过处理后与所述第二光纤的第二端面对接后形成法布里玻罗腔3。如何处理第一端面以及第二端口可根据需求进行选择,只要能够形成所需的封闭式法布里玻罗腔3结构即可。
上述法布里玻罗腔3结构的传感原理如下1,假设λm是m级次的干涉波峰的中心波长,对所施加的应力的大小是F,光纤材料的杨氏模量是E,则,应力敏感度则为应变敏感度和应力的关系为则为通过以上公式可以看出,通过增加λm和L2,减小S,E和L1,可以提高应力敏感度;在提出的光纤法布里玻罗腔的应变传感器中,通过减小侧壁的横截面面积是S,增大有效腔长和干涉腔长的比值有效的提高了应变灵敏度。
在一些实施例中,第一光纤和第二光纤分别为:单模光纤,多模光纤,或光子晶体光纤,但本实用新型并不以此为限,现有技术中的各种类型的光纤均可应用于此。
在一些实施例中,第一光纤和第二光纤的对接方式为:电弧放电熔接,二氧化碳激光熔接,或胶水粘接;但本实用新型并不以此为限,现有技术中的各种对接光纤的技术均可应用于此。
根据本实用新型实施例的另外一方面,还提供一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器的制作方法,包括:
用激光从第一光纤的第一端面向内加工一个环带的凹型槽,并且在第一光纤的中间形成一个圆柱,再用激光加工圆柱,使圆柱高度低于环形凹槽底部至环形凹槽顶部的长度;或者先在第一光纤的中心加工一个圆形凹槽,然后再在圆形凹槽外加工一个环带的凹型槽;
将第一光纤的第一端面和第二光纤的第二端面进行对接,对接的方式为电弧放电熔接,二氧化碳激光熔接,或胶水粘接。
也就是对应于上述实施例介绍的基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器,形成相应的制作方法。
在光纤的制作过程中,处理光纤的激光可以有不同的类型,比如不同的波长的激光器,或者连续或者脉冲形式的激光等;经过激光处理后的光纤端面可以有多种不同的几何结构,主要特征是有效腔长大于干涉腔长;激光处理的特点是良好的重复性以及较高的加工精度以及较强的加工能力;光纤的种类可以是各种类型的光纤,比如单模光纤,多模光纤,特种光纤等;光纤的对接可以是多种形式的,比如激光焊接,电弧放电熔接,胶水粘接等;对接的两根光纤至少包含一根如上处理过的结构的光纤,另一根可以有不同的选择;光纤端面处理的结构,当L2>L1的时候,光纤端面是凹的平底的结构,这样的光纤对接后就形成了传统的光纤法珀气泡腔,不能把干涉腔长和有效腔长分离。
至于制作方法的其他具体细节可参考上述光纤法布里玻罗腔的应变传感器的实施例介绍,对应出相应的方法步骤,因此,在此不予赘述。
本实用新型实施例还提供一种传感器装置,包括:光源,用于产生光线;
环形器,用于通过所述光线;以上实施例所述的应变传感器,用于接收从环形器输出的光线后,经过法布里玻罗腔后再反射至环形器;环形器还用于接收由应变传感器反射回的反射光谱;光谱仪,接收所述反射光谱并进行分析。
如图3所示实传感装置,包括光源,光谱仪,传感器(位于图中最右端)以及环形器等,光源的光首先经过环形器进入传感器,传感器的反射光谱经过环形器之后到达光谱仪,光纤外界的应力或者应变影响法布里玻罗腔的腔长,从而改变反射光谱,通过分析反射光谱的波长变化,可以传感外界应力或者应变的大小。
以上是该传感器的一个具体实施例的介绍,当然也可以有其他的形式。
以上介绍了本实用新型实施例的应变传感器及其制备方法,以及包括该应变传感器的传感器装置。这种应变传感器的灵敏度高,而且尺寸完全可控可重复,可以极大地提高光纤法布里玻罗腔的应变传感器的灵敏度,同时保证良好的机械强度,较高的制作效率,较低的制作成本,具有极高的实用价值。
以上所述的具体实施例,对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已,并不用于限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器,其特征在于,包括第一端面的第一光纤以及包括第二端面的第二光纤,所述第一端面和第二端面对接后构成法布里玻罗腔,在法布里玻罗腔的内部有空气间隙。
2.根据权利要求1所述传感器,其特征在于,所述第一光纤的第一端面内形成一个环形凹槽,第一端面中间为一个圆柱。
3.根据权利要求2所述传感器,其特征在于,所述环形凹槽的外侧直径小于第一光纤的包层直径,所述圆柱直径大于光纤的纤芯直径大小。
4.根据权利要求2所述传感器,其特征在于,所述圆柱的位置在第一光纤的中心位置,所述圆柱的直径大于第一光纤的纤芯直径,圆柱的高度低于环形凹槽底部至凹槽顶部距离。
5.根据权利要求1所述传感器,其特征在于,所述第一光纤的第一端面和第二光纤的第二端面均经过处理后形成所述法布里玻罗腔体,或者仅所述第一光纤的第一端面经过处理后与所述第二光纤的第二端面对接后形成法布里玻罗腔。
6.根据权利要求1所述传感器,其特征在于,所述第一光纤和第二光纤分别为:单模光纤,多模光纤,或光子晶体光纤。
7.根据权利要求1所述传感器,其特征在于,所述第一光纤和第二光纤的对接方式为:电弧放电熔接,二氧化碳激光熔接,或胶水粘接。
8.一种传感器装置,其特征在于包括:
光源,用于产生光线;
环形器,用于通过所述光线;
权利要求1-7任一所述的应变传感器,用于接收从环形器输出的光线后,经过法布里玻罗腔后再反射至环形器;
环形器还用于接收由应变传感器反射回的反射光谱;
光谱仪,接收所述反射光谱并进行分析。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201821226834.4U CN208547361U (zh) | 2018-07-27 | 2018-07-27 | 基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201821226834.4U CN208547361U (zh) | 2018-07-27 | 2018-07-27 | 基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN208547361U true CN208547361U (zh) | 2019-02-26 |
Family
ID=65425695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201821226834.4U Withdrawn - After Issue CN208547361U (zh) | 2018-07-27 | 2018-07-27 | 基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN208547361U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108692751A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-10-23 | 中国科学技术大学 | 基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法 |
-
2018
- 2018-07-27 CN CN201821226834.4U patent/CN208547361U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108692751A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-10-23 | 中国科学技术大学 | 基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法 |
CN108692751B (zh) * | 2018-07-27 | 2024-04-02 | 中国科学技术大学 | 基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108692751A (zh) | 基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器及其制作方法 | |
CN205691170U (zh) | 一种气压和温度同时测量的光纤传感器 | |
CN100585408C (zh) | 微型全光纤f-p加速度传感器及其制作方法 | |
CN101424547B (zh) | 谐振式光纤珐珀传感器及其制造方法 | |
CN104614104B (zh) | 光纤法珀压力传感器及其制作方法 | |
CN101979963A (zh) | 一体成型光纤微传感器及其制作方法 | |
CN103344277B (zh) | 一种可同时检测双参量的法珀传感器及检测装置 | |
CN205483383U (zh) | 一种反射式fp腔光纤气压传感器 | |
WO2008092372A1 (fr) | Détecteur de fabry-pérot à fibre optique et son procédé de fabrication | |
CN106052912A (zh) | 一种基于法布里‑珀罗微腔结构的光纤应力传感装置 | |
CN101586967B (zh) | 光纤波导光栅传感器及其制造方法 | |
CN102889901A (zh) | 一种光纤珐珀传感器及其制作方法 | |
CN103344263A (zh) | 一种基于偏芯结构的干涉型光纤传感器及其制作方法 | |
CN102539013A (zh) | 基于标尺效应的级联光纤f-p微腔温度传感器及其制备方法 | |
CN112697339B (zh) | 一种高强度耐高温快响应光纤气压传感探头 | |
CN106052727A (zh) | 一种基于光纤微型法布里‑珀罗腔的传感器装置 | |
CN102967388A (zh) | 基于微尺寸锥形光纤探针的本征型f-p微腔高灵敏度温度传感器及其制造方法 | |
CN101464408A (zh) | 光纤法珀折射率传感器及其制造方法 | |
CN205426410U (zh) | 一种反射式fp腔光纤光栅气压温度传感器 | |
CN104406573A (zh) | 一种基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器 | |
CN112924082A (zh) | 一种基于悬浮芯光纤和边孔光纤的高灵敏度气压传感器 | |
CN206862524U (zh) | 一种基于双芯光纤的双测量传感器 | |
CN113790678A (zh) | 一种具有光学游标效应的多芯光纤矢量弯曲传感器 | |
CN201017062Y (zh) | 光纤法珀温度、应变和压力传感器 | |
CN208547361U (zh) | 基于光纤法布里玻罗腔的应变传感器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20190226 Effective date of abandoning: 20240402 |
|
AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20190226 Effective date of abandoning: 20240402 |
|
AV01 | Patent right actively abandoned | ||
AV01 | Patent right actively abandoned |