[發明專利]自動調諧F－P光纖傳感器

無效

• 申請號: 200710046651.4
• 申請日: 2007-09-29
• 公開（公告）號: CN101135577A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 陳建永;陳迪俊;蔡海文;耿健新;方祖捷
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01H9/00;G01L1/24;G01L11/02;G02B6/42;G02B6/36
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及光纖傳感，是一種利用光纖作為傳輸光介質的基于微機電系統(MEMS)工藝的法布里-帕羅諧振腔(以下簡稱為F-P腔)的高靈敏度工作點(簡稱為Q點)穩定的光纖位移/振動傳感器。特別涉及到使用鍍膜的F-P腔和利用一定的腔長，得到具有低精細度干涉的條紋最大對比度，通過信號輸出反饋來控制可調諧激光器波長進而鎖定系統Q值點的傳感器系統。本發明適用于對環境溫度或者外界介質不穩定的地方的位移、壓力、超聲波等進行測量。

背景技術

直到最近，壓力傳感器，例如振動傳感器仍然是基于電容式或者壓阻式的結構。這種結構有很多缺點，例如靈敏度低，高偏置電壓，要求各層之間絕緣，要求膜電極之間的一致性等，以上問題都要有很復雜的解決方案。

光纖F-P傳感器能夠解決電容式傳感器受困擾的很多問題，比如無需偏置并且電磁絕緣。此外，光纖F-P傳感器還有很多優點是電容式傳感器無法比擬的。例如靈敏度高，抗電磁干擾，安全可靠，體積小，耐腐蝕，可構成光纖傳感網絡等，因而在工業探傷，材料特性分析，聲音傳感，變壓器局部放電的檢測，液位及水壓的測定等方面具有很好的應用前景。但是目前，還有一些問題限制了它的廣泛應用：在光源的選用上，要求光源線寬不能太窄也不能太寬，并且要求非常穩定；在傳感頭的制作上，要適應環境的變化，由于是基于干涉型的，傳感頭工作在F-P干涉譜(正弦型)的線性區域具有線性轉換函數，信號處理比較方便。所以我們一般選用F-P腔干涉譜線中斜率最大的點作為傳感頭的工作點(以下又稱為Q值點)(見BingYu，Anbo?Wang，“Grating-assisted?demodulation?of?interferometric?optical?sensors”Appl.Opt.42?6824-6829(2003))，在Q點附近，光信號對外界信號的響應是線性的，且具有最大的響應靈敏度。環境的變化很容易使傳感頭偏離靈敏度最大值點而到達非線性區域。

光纖F-P傳感器在很多的論文中都有論述，針對問題也都提出了一些解決方案，比如文獻1[John?F.Dorighi，“Stabilization?of?an?embedded?fiber?optic?Fabry-Perot?sensorfor?ultrasound?detection”IEEE?Trans.Ultrason.Ferroelectr.Freq.Control?42，820-824(1995)]，選用外腔激光器+反饋控制波長的方法對Q點進行調諧和控制，起到了對傳感頭的Q值點穩定控制的目的。然而這種方法會遇到外腔激光器的窄線寬帶來的由于外界干擾引起的噪聲(寄生F-P效應)，并且該方法使用的外腔激光器會讓該系統變得笨重而昂貴，并且沒有考慮激光器光強的變化和由于信號的產生對干涉帶來的影響，這種調諧過程中還要用到示波器，使這種方法的實用受到限制。

專利號為ZL200610024955的“光纖聲傳感器”(蔡海文等)中，聲傳感器選用寬帶光源+可調諧濾波器的方案，獲得線寬在1nm左右的光源，這種方法如果濾波器可靠，可以獲得穩定的適合F-P傳感頭的光源，但是這種方法的缺點也是很明顯的，除了可調諧濾波器一般比較昂貴外，而且經過寬帶和可調諧濾波器后的光一般是比較弱的，這就會造成系統靈敏度的下降。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服上述現有技術的不足，提供一種自動調諧F-P光纖傳感器，該傳感器應具有調諧方便、造價低廉、靈敏度高和對環境的變化具有極強的適應性的特點。

本發明設計的主要依據包括：

對于光源中的分布反饋式激光器(簡稱為DFB)的反饋效應的典型過程分析可以用范德保羅方程(Van?der?pol?equation)來描述。外部反饋和其線寬的關系可以直接用下試來表示：