CN219694415U - 一种基于pdms及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器，涉及光纤传感技术领域。本装置包括：传感器探头,环形器，光源以及光谱仪；所述传感器探头包括单模光纤、空芯光纤、PDMS液体以及微米硅膜；所述单模光纤的一端与空芯光纤一端中心对齐并用熔接机完成熔接，空芯光纤另一端封装微米硅膜；空芯光纤内部灌注自配的PDMS液体，所述自配的PDMS液体为PDMS与固化剂3：1的混合液，PDMS液体通过恒温箱进行固化；在单模光纤的另一端连接环形器，环形器的另外两个端口分别连接光源和光谱仪。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器。
背景技术
压力传感器在日常生活中有着广泛的应用，其中应用最广泛的就是在工业生产领域的应用，最主要的就是用于各种工业生产的自控环境，如石化、机床、船舶等，传统的压力传感器大多体积较大，且安装较为复杂，并且容易受外界环境的干扰而导致测量不准，进而对生产产生重大的损害。温度这一物理参数在日常生活中的应用范围更加广泛，小到对我们体温的测量，大到对工业生产温度标定的精准测量，都需要我们可以精确的获取环境温度，与传统的压力传感器相似，温度传感器同样容易受到外界环境的干扰，导致出现测量不准等情况。
光纤传感器具有不受电磁干扰、稳定性较好、体积小、被动传感等特点，因此被广泛应用于各个领域，实现对压力信号、温度信号的高灵敏度测量。法布里-珀罗腔是一种应用广泛的光学结构，当外界压力信号发生变化时，其使得其腔长发生相应的变化，进而会导致光信号的波峰波长发生变化，通过对光信号的波峰波长进行检测，即可实现对外界待测压力信号的检测。仅采用单模光纤与空芯光纤构成法布里-珀罗腔会导致灵敏度较低，对一些压力信号的检测精度不够，甚至对一些频率信号无法做出响应，限制了压力传感器的适用范围。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器。具有灵敏度高，使用方便，制作工艺简单，可靠性高的优点。在测量压力信号的同时可以对温度信号进行测量。
一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器，具体包括：传感器探头,环形器，光源以及光谱仪；
所述传感器探头包括单模光纤、空芯光纤、PDMS液体以及微米硅膜；所述单模光纤的一端与空芯光纤一端中心对齐并用熔接机完成熔接，空芯光纤另一端封装微米硅膜；空芯光纤内部灌注自配的PDMS液体，所述自配的PDMS液体为PDMS与固化剂3：1的混合液，PDMS液体通过恒温箱进行固化；
所述封装微米硅膜为，将微型气泡膜与空芯光纤另一端进行连接，微型气泡膜与空芯光纤中间形成微米硅膜，再将微型气泡膜与空心光纤拉开；
所述微型气泡膜为，将一段空芯光纤两端与一段单模光纤中心对齐并利用熔接机进行熔接，对该空芯光纤中部进行熔断处理，在熔断处利用熔接机进行放电处理，熔断处两端形成微型气泡膜；
在单模光纤的另一端连接环形器，环形器的另外两个端口分别连接光源和光谱仪；
所述特制的微米硅膜厚度为5um-15um；空芯光纤的长度为60-90um，内径为70-80um；
所述单模光纤的长度为150um-200um；
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本实用新型提供一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器，能够在测量压力信号的同时对温度信号进行测量；制作工艺简单，仅利用熔接机即可完成制作；同时具有光纤传感器的固有优势，相比于传统的压力传感器存在的如安装复杂、电器误差、外界电磁干扰等问题。该光纤传感器具有不受电磁干扰、稳定性较好、体积小、被动传感等特点，可实现对压力-温度信号的高灵敏度测量。
本实用新型提供的压力传感器不但解决了传统压力传感器易受外界干扰、安装困难、体积较大的问题，同时也解决了仅依靠单模光纤对传感器进行制作时带来的灵敏度低的问题，在可以较高精度的测量压力信号的同时，也可以对外界的温度信号进行测量。
附图说明
图1为本实用新型实施例中微型压力温度光纤传感器结构示意图；
图中，6-微米硅膜，7-空芯光纤，8-PDMS液体，9-单模光纤；
图2为本实用新型实施例中微型压力温度光纤传感器检测方案示意图；
图中，1-传感器探头，2-光源，3-环形器，4-光谱仪，5-载物台；
图3为本实用新型实施例中硅膜制作示意图；
图4为本实用新型实施例中微型气泡膜结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器，如图1所示，具体包括：传感器探头,环形器，光源以及光谱仪；
所述传感器探头包括单模光纤、空芯光纤、PDMS液体以及微米硅膜；所述单模光纤的一端与空芯光纤一端中心对齐并用熔接机完成熔接，空芯光纤另一端封装微米硅膜；空芯光纤内部灌注自配的PDMS液体，所述自配的PDMS液体为PDMS与固化剂3：1的混合液，PDMS液体通过70℃恒温箱进行固化4-5小时；
所述封装微米硅膜为，将微型气泡膜与空芯光纤另一端进行连接，微型气泡膜与空芯光纤中间形成微米硅膜，再将微型气泡膜与空心光纤拉开；
所述微型气泡膜为，将一段空芯光纤两端与一段单模光纤中心对齐并利用熔接机进行熔接，对该空芯光纤中部进行熔断处理，在熔断处利用熔接机进行放电处理，熔断处两端形成微型气泡膜；
本实施例中制作微型气泡膜的具体步骤为：首先选取两段单模光纤和一段空芯光纤，利用熔接机将三者完成连接，形成空芯光纤在中间的封闭结构，如图3所示；随后在空芯光纤中间采用小电流进行多次放电处理，得到如图4所示的微型气泡膜。
在单模光纤的另一端连接环形器，环形器的另外两个端口分别连接光源和光谱仪；
所述特制的微米硅膜厚度为5um-15um；空芯光纤的长度为60-90um，内径为70-80um；其中含有固化后的PDMS，对温度信号较为敏感，可以实现压力-温度双参数的测量。所述单模光纤的长度为150um-200um；
进一步的当有压力信号作用在传感器探头端时，会导致法布里-珀罗腔的长度发生变化，进而导致干涉峰对应的波长发生变化，使得波峰向波长增加或减少的方向进行移动。通过对该信号进行分析，可以实现对压力信号进行检测。
进一步的当外界环境的温度发生变化时候，会导致PDMS的折射率发生变化，同样会使得干涉峰对应的波长发生变化，使得波峰发生移动，通过对该信号进行分析，即可实现对温度信号进行检测。
由于顶端的微米硅膜较小，故对与压力信号较为敏感，同时由于该探头的空芯光纤内封入了PDMS并加以固化，故对温度信号同样敏感。将待测压力信号施加到传感器探头的顶端，会使得法布里-珀罗腔产生腔长的变化，进而使干涉峰对应的波长发生变化，得到外界待测的压力信号的信息。而对于温度信号的，在外界温度信号发生变化时，会使得固化后的PDMS的折射率发生变化，进而同样会使得干涉峰对应的峰值发生变化，得到外界的温度信息。
在进行温度与压力的测量时，如图2所示，将传感器的探头放于载物台上，共同置于待测环境中，而后对光谱仪的信号进行观测，即可得到待测物理量的参数。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (5)
1.一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器，其特征在于，包括：传感器探头,环形器，光源以及光谱仪；
所述传感器探头包括单模光纤、空芯光纤、PDMS液体以及微米硅膜；所述单模光纤的一端与空芯光纤一端中心对齐并用熔接机完成熔接，空芯光纤另一端封装微米硅膜；空芯光纤内部灌注PDMS液体，PDMS液体通过恒温箱进行固化；在单模光纤的另一端连接环形器，环形器的另外两个端口分别连接光源和光谱仪。
2.根据权利要求1所述的一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器，其特征在于，所述微米硅膜为，微型气泡膜与空芯光纤另一端连接，微型气泡膜与空芯光纤中间即为微米硅膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器，其特征在于，所述微米硅膜厚度为5um-15um。
4.根据权利要求1所述的一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器，其特征在于，空芯光纤的长度为60-90um，内径为70-80um。
5.根据权利要求1所述的一种基于PDMS及微米硅膜封装的微型压力温度光纤传感器，其特征在于，所述单模光纤的长度为150um-200um。
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