CN209377556U - 微型光纤压力传感器及压力传感系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微型光纤压力传感器及压力传感系统，传感器包括具有沿延伸方向贯穿的通孔的套管、设置在套管的一端的封套、滑动地设置在通孔内的滑动光纤、以及相对固定地设置在通孔内的传输光纤，滑动光纤的一端固定连接在封套上、另一端的端面为滑动反射面，传输光纤靠近滑动光纤的端面为固定反射面，滑动反射面与固定反射面相互平行且存在间距，该间距构成法珀腔。传感器受压时，引起法珀腔的腔长变化，通过获得并比对腔长和压力间的函数关系，能够测得压力值。相比于膜片式法珀传感器，本实用新型的传感器不会产生膜片式传感器在应用时的法珀腔反射面变形的问题，提高了测量范围和精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及压力传感领域，特别涉及一种滑动式的微型光纤压力传感器及压力传感系统。
背景技术
在许多心血管病例中，对血管内不同位置处管内血压的测量是判断患者病情和决定治疗方案的基础。目前有不同类型的压力导丝进行管内血压的测量。现有大量应用的传统压力导丝技术为电学导丝，主要基于MEMS工艺的半导体压阻测量原理，存在电磁干扰难以与其它设备同时使用、以及尺寸有限、加工成本高昂等问题。
基于光学传感测量技术的压力导丝则可有效解决上述问题。目前发展最好的是基于法珀（F-P）干涉原理的传感器，已有大量研究及产品均基于F-P传感器。（专利CN103162878B，CN102879136B，CN103528735B，CN103994851B等）所有这些传感器均采用相同结构，即利用一片弹性膜片进行压力感知，膜片受压后会弯曲，从而改变法珀腔的腔长，通过对干涉条纹信号的解调处理，计算出腔长值，再利用腔长与压力之间的关系，获得压力值。不同报道中采用的膜片材料、厚度和大小不同，所制作的传感器测量范围和灵敏度也有所不同。采用以上方法测量简单，但在微米级的光纤压力导丝应用中存在如下问题：（1）微米级的膜片加工和装配均很困难，对设备要求高，且成品率低；（2）膜片受压后会形成凹陷，对应的法珀腔一侧也将产生变形，形成下陷的曲面，原本的平行腔成为一侧平面一侧曲面结构，使得所形成的干涉输出信号对比度降低。当压力较大引起变形增加时，信号输出质量会急剧恶化，降低解调精度，导致测量结果不准确。产生以上问题的根源在于传统法珀腔结构中弹性膜片既为受压敏感元件，又为光腔的反射面，这种缺陷设计使得膜片必须保持在极小的形变范围内，不利于传感器量程和精度的提高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种微型光纤压力传感器，不仅可解决传统微型膜片制作和安装困难的问题，还可解决膜式传感器件弧形反射面引入的信号非线性及解调复杂等问题，能够实现在大压力范围测量时保持信号输出对比度的稳定性，从而直接提高测量范围和精度，并有助于提高测量速度。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种微型光纤压力传感器，包括套管、滑动光纤、传输光纤，所述套管具有沿延伸方向贯穿的通孔，所述滑动光纤滑动配合地设置在所述通孔中，所述传输光纤的一端固定地穿设在所述通孔中且相对所述套管固定设置，所述套管远离所述传输光纤的一端设置有由弹性材料制成的封套，所述滑动光纤的一端固定连接在所述封套上、另一端的端面为滑动反射面，所述传输光纤靠近所述滑动光纤的端面为固定反射面，所述滑动反射面与所述固定反射面相互平行且存在间距，该间距构成法珀腔。
优选地，所述滑动反射面和/或所述固定反射面镀有反射膜。
优选地，所述套管的由玻璃、不锈钢、高分子材料中的任一种材料制成。
优选地，所述滑动反射面与所述固定反射面的间距在20~100μm之间。
优选地，所述滑动光纤和所述传输光纤的直径在100~500μm之间，所述通孔的直径比所述滑动光纤的直径大10~30μm。
优选地，所述滑动光纤和所述传输光纤都为标准裸石英光纤，其直径都为125μm。
优选地，所述封套配合地套设在所述套管的端部。
本实用新型还有一个目的是提供一种压力传感系统，能够实现在大压力范围测量时保持信号输出对比度的稳定性。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种压力传感系统，包括如前所述的微型光纤压力传感器、以及与所述微型光纤压力传感器连接的解调系统。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：当本实用新型的微型光纤压力传感器置于压力环境中时，封套受压后变形，引起通孔内的滑动光纤产生位移，滑动光纤与传输光纤之间的间距构成法珀腔，受压后滑动光纤的移动将导致腔长发生变化。不同腔长法珀腔的干涉光谱不同，通过解调系统对光谱特性数据进行处理分析，获得法珀腔的腔长。腔长值与压力值之间具有一一对应的函数关系，该关系可通过预先标定获得，测量时通过数学计算处理腔长数据即可获得待测环境的压力值。相比于膜片式法珀传感器，本实用新型的传感器在受压时滑动光纤在通孔内移动，其滑动反射面始终为平面，不会产生膜片式传感器在应用时的法珀腔反射面变形的问题，从而实现在大压力范围测量时保持信号输出对比度的稳定性，从而直接提高测量范围和精度，并有助于提高测量速度。
附图说明
附图1为本实用新型的微型光纤压力传感器的结构示意图；
附图2为本实用新型的压力传感系统的原理图；
其中：1、套管； 2、封套；3、传输光纤；31、固定反射面；4、滑动光纤；41、滑动反射面；5、连接处。
具体实施方式
下面结合附图来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
参见图1所示为本实用新型一种微型光纤压力传感器，包括具有沿延伸方向贯穿的通孔的套管1、设置在套管1的一端且由弹性材料制成的封套2、滑动配合地设置在通孔内的滑动光纤4、以及相对固定地设置在通孔内的传输光纤3，通过在传输光纤3与套管1端部的连接处5点胶、熔接等方式，实现传输光纤3的固定。在本实施例中，封套2配合地套设在套管1的端部，滑动光纤4的一端固定连接在封套2上、另一端的端面为滑动反射面41，传输光纤3靠近滑动光纤4的端面为固定反射面31，滑动反射面41与固定反射面31相互平行且存在间距，该间距构成法珀腔。
滑动反射面41和固定反射面31都可根据应用需求进行镀膜处理以改变表面反射率，因此本实用新型的压力传感器结构能够满足不同的使用需求。
套管1可以根据需要选用不同的材料制造，如玻璃、不锈钢、高分子材料等（如PVC、PBT等）。
滑动反射面41与固定反射面31的间距在20~100μm之间。
滑动光纤4和传输光纤3可采用直径为125μm的标准裸石英光纤，也可采用塑料光纤。光纤的直径在100~500μm之间，通孔的直径比光纤的直径略大，以便于传感器的装配、以及滑动光纤4的滑动，但通孔的直径也不能太大，否则光纤会在通孔的内部有较大弯曲，影响测量结果。一般通孔的直径比光纤的直径大10~30μm。
参见图2所示，本实用新型的压力传感系统包括如前所述的微型光纤压力传感器、以及通过传输光纤3与该微型光纤压力传感器连接的解调系统。该解调系统具体包括与传输光纤3连接的环形器，环形器还连接有用于为传感器提供光源的光源模块，法珀腔产生的光谱信息经环形器传递给光盘测量模块，信号处理模块对采集到的光谱信息处理后得到固定反射面31与滑动反射面41之间的距离。
当本实用新型的微型光纤压力传感器置于压力环境中时，封套2受压后变形，引起通孔内的滑动光纤4产生位移，滑动光纤4与传输光纤3之间的间距构成法珀腔，受压后滑动光纤4的移动将导致腔长发生变化。不同腔长法珀腔的干涉光谱不同，通过解调系统对光谱特性数据进行处理分析，获得法珀腔的腔长。腔长值与压力值之间具有一一对应的函数关系，该关系可通过预先标定获得，测量时通过数学计算处理腔长数据即可获得待测环境的压力值。相比于膜片式法珀传感器，本实用新型的传感器在受压时滑动光纤4在通孔内移动，其滑动反射面41始终为平面，不会产生膜片式传感器在应用时的法珀腔反射面变形的问题，从而实现在大压力范围测量时保持信号输出对比度的稳定性，从而直接提高测量范围和精度，并有助于提高测量速度。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种微型光纤压力传感器，其特征在于：包括套管、滑动光纤、传输光纤，所述套管具有沿延伸方向贯穿的通孔，所述滑动光纤滑动配合地设置在所述通孔中，所述传输光纤的一端固定地穿设在所述通孔中且相对所述套管固定设置，所述套管远离所述传输光纤的一端设置有由弹性材料制成的封套，所述滑动光纤的一端固定连接在所述封套上、另一端的端面为滑动反射面，所述传输光纤靠近所述滑动光纤的端面为固定反射面，所述滑动反射面与所述固定反射面相互平行且存在间距，该间距构成法珀腔。
2.根据权利要求1所述的一种微型光纤压力传感器，其特征在于：所述滑动反射面和/或所述固定反射面镀有反射膜。
3.根据权利要求1所述的一种微型光纤压力传感器，其特征在于：所述套管由玻璃、不锈钢、高分子材料中的任一种材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种微型光纤压力传感器，其特征在于：所述滑动反射面与所述固定反射面的间距在20~100μm之间。
5.根据权利要求1所述的一种微型光纤压力传感器，其特征在于：所述滑动光纤和所述传输光纤的直径在100~500μm之间，所述通孔的直径比所述滑动光纤的直径大10~30μm。
6.根据权利要求1所述的一种微型光纤压力传感器，其特征在于：所述滑动光纤和所述传输光纤都为标准裸石英光纤，其直径都为125μm。
7.根据权利要求1所述的一种微型光纤压力传感器，其特征在于：所述封套配合地套设在所述套管的端部。
8.一种压力传感系统，其特征在于：包括如权利要求1至7任一项所述的微型光纤压力传感器、以及与所述微型光纤压力传感器连接的解调系统。
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|---|---|---|---|---|
| CN109431481A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-08 | 苏州博思光学有限公司 | 微型光纤压力传感器及其制造方法、压力传感系统 |
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