CN214541271U - 一种光纤法布里-珀罗传感教学实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于光纤传感类教学仪器技术领域，提供了一种光纤法布里‑珀罗传感教学实验装置，包括位移调节机构、传感器加热机构和气压控制机构。本实用新型可适用于光纤法布里珀罗传感器位移、温度、气压的单参量传感性能测量，同时也可以用于双参量即位移和温度或气压的同时测量，是一种光纤法布里‑珀罗传感多功能教学实验装置。通过一套教学设备即可完成三种物理量的测量，集成度较高，大大降低了实验教学设备的投入成本，同时便于学生对传感器敏感度进行比较和分析。实验过程中，传感器结构可自组装，提升了实验教学的直观性，增加了实验的自主开发性。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感类教学仪器技术领域，尤其涉及一种光纤法布里- 珀罗传感教学实验装置。
背景技术
光纤传感的机理是利用光纤作为介质将光源入射的光束送入传感器前端，当被测物理量与传感器前端发生相互作用时，会引起传感器前端的光强、相位、波长、频率、偏振态等光学特性发生变化，经过检测光信号的变化量即可实现对外界物理量进行实时测量。光纤传感器是一种性能优良的敏感元件，具有体积小、精度高、重量轻、耐高温，抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性能强等优点。因此光纤传感技术成为近十多年来的热点技术，其在国防建设、军事科技、航空航天、石油化工、土木建筑、医疗卫生等领域得到了广泛的发展和应用，现已成为国家信息化建设的重要支撑技术。
在多种类型结构的光纤传感教学装置中，基于光干涉原理的光纤传感器的结构相对直观和简单，是本科生理解和掌握光纤传感技术的基础知识。常见的光干涉形式包括：法布里-珀罗干涉、马赫-曾德干涉、迈克尔逊干涉、塞格纳克干涉。其中基于法布里-珀罗干涉原理传感器由于其结构简单，在近十几年来逐渐成为性能优越且具有广泛应用的光纤传感器之一。理论课程上学习光纤传感技术内容相对比较枯燥，不利于学生对光纤传感器原理深入理解和掌握，因此进行相关实验课程学习是十分必要的。
目前传统的基于光干涉原理的光纤传感教学实验仪器存在几点不足：1能够测量参数相对单一、每套实验仪器需要多个光纤传感器才能实现多种物理量的测量，并且不能同时进行测量，不利于学生对光纤传感器测量多种物理量的敏感程度进行比较和学习；2设计的实验装置价格偏高，使得普通院校很难同时购买一定数量的实验设备，从而影响实验教学效果和安排；3学生无法根据现有的教学实验设备进行自主设计和开发实验内容；针对上述技术的不足，本实用新型设计一种结构简单，可同时进行位移、温度和气压进行测量的光纤法布里珀罗传感教学实验仪器。
实用新型内容
本实用新型的实施提供了一种光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，是为了解决现有光纤传感器教学实验装置功能单一、成本昂贵、开发性差的问题。
为达到上述目的，本实用新型实施采取如下技术方案：
一种光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，包括位移调节机构、传感器加热机构和气压控制机构；
所述的位移调节机构包括微位移调节器1、光纤固定器3、单模光纤4、金反射镜5、俯角调节器6、仰角调节器7、位移台8、齿轮齿条9和光纤解调设备12；微位移调节器1连接位移台8，位移台8上方设置有光纤固定器3，用于固定单模光纤4；位移台8下方是设有齿轮齿条9；光纤解调设备12与单模光纤4的一端相连接，光纤解调设备12内置宽谱光源发射激光经过单模光纤4另一端面出射后，入射到金反射镜5的一表面，反射光信号通过光纤解调设备12测量出干涉图像频率；金反射镜5的另一表面设置俯角调节器6和仰角调节器7；
所述的传感器加热机构包括密封保护罩2、加热平板10和恒温加热器11，恒温加热器11上设置有加热平板10，位移调节机构中的齿轮齿条9设置在加热平板 10上；温度控制器通过导线与加热平板10进行连接，加热平板10上设有密封保护罩2；
所述的气压控制机构包括压力控制器13，压力控制器13与密封保护罩2相连接，压力显示表装置设置在压力控制器13外壳。
所述的光纤解调设备12内置的宽带光源的光谱宽度1525-1565nm。
所述的金反射镜5的仰角和俯角的调节角度小于4°。
所述的恒温加热器11的调节温度可在0℃～120℃调节。
所述的位移台8的调节范围小于2cm。
所述的压力控制器13的调节范围0bar～5bar。
本实用新型的原理如下：宽带激光光源经光纤端面出射后，产生点扩散光束，不同角度的光纤入射到金反射镜的表面，经光纤端面和金反射镜表面分别反射后，在光纤解调设备的线阵光探测器表面发生干涉。从光纤端面出射的激光在空间中发散传输且具有高斯空间分布特性，斜入射到金反射镜表面，随后金反射镜表面反射光与光纤端面反射光在线阵光探测器表面产生多光束干涉。由于光纤端面的反射率通常约等于4％，因此干涉方式可近似为双光束干涉，所产生的干涉图像由线阵光探测器进行测量。两个光束发生干涉产生的光程差与光纤端面到金反射镜的距离有关，距离越小，干涉图像的频率越小，因此可以通过计算测量干涉图像的频率，再根据标定参数实现对微位移、温度和气压的测量。
本实用新型的有益效果：
(1)本实用新型可适用于光纤法布里珀罗传感器位移、温度、气压的单参量传感性能测量，同时也可以用于双参量即位移和温度或气压的同时测量，是一种光纤法布里-珀罗传感多功能教学实验装置。
(2)通过一套教学设备即可完成三种物理量的测量，集成度较高，大大降低了实验教学设备的投入成本，同时便于学生对传感器敏感度进行比较和分析。
(3)实验过程中，传感器结构可自组装，提升了实验教学的直观性，增加了实验的自主开发性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是法布里传感器的干涉图像。
图中：1微位移调节器；2密封保护罩；3光纤固定器；4单模光纤；5金反射镜；6俯角调节器；7仰角调节器；8位移台；9齿轮齿条；10加热平板；11恒温加热器；12光纤解调设备；13压力控制器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图说明详细叙述本实用新型的具体实施方法。
在图1中，本实施方案所述的一种光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，包括：微位移调节器1、密封保护罩2、光纤固定器3、单模光纤4、金反射镜5、俯角调节器6、仰角调节器7、位移台8、齿轮齿条9、加热平板10、恒温加热器11、光纤解调设备12、压力控制器13；
微位移调节器1与位移台8通过金属杆相连，位移台8下方是设有齿轮齿条9，通过调节微位移调剂器1的旋钮，位移台8可沿齿轮齿条9的水平方向进行移动。位移台8的上方安装有光纤固定器3，光纤固定器3由盖板和底座构成，打开盖板将单模光纤4放置在底座的光纤固定槽中，将内置强力磁铁盖板放下完成对光纤的固定。单模光纤4端面正对金反射镜5，构成法布里珀罗干涉仪，金反射镜的角度可通过俯角调节器6和仰角调节器7进行微调整。单模光纤4的另一端与光纤解调设备12相连，光纤解调设备12内置宽带激光光源和线阵光电探测器，宽带激光光源发射的激光经过单模光纤4的端面出射后，产生点扩展光束，不同角度的光纤斜入射到金反射镜5的表面，随后光纤端面反射的光和金反射镜5反射的光在光电探测器的表面发生干涉，产生的干涉图像由光电探测器所探测，光纤解调设备12对采集的干涉图像，通过高精度频率测量方法计算出干涉图像的频率值，再根据标定的标准位移值与干涉图像频率之间的拟合方程计算出单模光纤4端面到金反射镜5之间的距离即位移值，光纤法布里珀罗传感器可实时的对微位移进行高精度监测；当进行温度传感实验，通过恒温加热器11设置加热温度，恒温加热器通过导线与加热板11相连，光纤与金反射镜具有不同的材料热膨胀系数，当环境温度发生变化，两者的纵向长度变化差值会导致距离即传感器腔长值发生变化，此时光纤法布里传感器可实时对温度进行监测；当进行气压传感实验时，通过盖紧密封保护罩2，通过压力控制器13对传感器的外部气体压力进行调节，当压强改变时影响设备内气体的折射率，从而影响法布里-珀罗传感器的光学腔长，利用光谱解调设备12采集干涉图像频率计算光学腔长的变化即可对气体压强进行实时监测。
图2是法布里传感器的干涉图像，干涉图像是一个近似正弦的信号。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，该光纤法布里-珀罗传感教学实验装置包括位移调节机构、传感器加热机构和气压控制机构；
所述的位移调节机构包括微位移调节器(1)、光纤固定器(3)、单模光纤(4)、金反射镜(5)、俯角调节器(6)、仰角调节器(7)、位移台(8)、齿轮齿条(9)和光纤解调设备(12)；微位移调节器(1)连接位移台(8)，位移台(8)上方设置有光纤固定器(3)，用于固定单模光纤(4)；位移台(8)下方是设有齿轮齿条(9)；光纤解调设备(12)与单模光纤(4)的一端相连接，光纤解调设备(12)内置宽谱光源发射激光经过单模光纤(4)另一端面出射后，入射到金反射镜(5)的一表面，反射光信号通过光纤解调设备(12)测量出干涉图像频率；金反射镜(5)的另一表面设置俯角调节器(6)和仰角调节器(7)；
所述的传感器加热机构包括密封保护罩(2)、加热平板(10)和恒温加热器(11)，恒温加热器(11)上设置有加热平板(10)，位移调节机构中的齿轮齿条(9)设置在加热平板(10)上；温度控制器通过导线与加热平板(10)进行连接，加热平板(10)上设有密封保护罩(2)；
所述的气压控制机构包括压力控制器(13)，压力控制器(13)与密封保护罩(2)相连接，压力显示表装置设置在压力控制器(13)外壳。
2.根据权利要求1所述的光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，所述的光纤解调设备(12)内置的宽带光源的光谱宽度1525-1565nm。
3.根据权利要求1或2所述的光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，所述的金反射镜(5)的仰角和俯角的调节角度小于4°。
4.根据权利要求1或2所述的光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，所述的恒温加热器(11)的调节温度在0℃～120℃调节。
5.根据权利要求3所述的光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，所述的恒温加热器(11)的调节温度在0℃～120℃调节。
6.根据权利要求1、2或5所述的光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，所述的位移台(8)的调节范围小于2cm。
7.根据权利要求3所述的光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，所述的位移台(8)的调节范围小于2cm。
8.根据权利要求4所述的光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，所述的位移台(8)的调节范围小于2cm。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，所述的压力控制器(13)的调节范围0bar～5bar。
10.根据权利要求6所述的光纤法布里-珀罗传感教学实验装置，其特征在于，所述的压力控制器(13)的调节范围0bar～5bar。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120606983.9U CN214541271U (zh) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 一种光纤法布里-珀罗传感教学实验装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120606983.9U CN214541271U (zh) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 一种光纤法布里-珀罗传感教学实验装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN214541271U true CN214541271U (zh) | 2021-10-29 |
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ID=78265553
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| CN202120606983.9U Active CN214541271U (zh) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 一种光纤法布里-珀罗传感教学实验装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN214541271U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114777990A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-07-22 | 蚌埠学院 | 一种光纤气体压力传感器及其制备方法 |
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2021
- 2021-03-25 CN CN202120606983.9U patent/CN214541271U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114777990A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-07-22 | 蚌埠学院 | 一种光纤气体压力传感器及其制备方法 |
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