[發(fā)明專利]基于光纖FP干涉的新型液壓傳感方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110311907.6
• 申請日: 2011-10-15
• 公開（公告）號: CN102507075A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳達如;胡顧鋒;吳根柱;彭保進
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于光纖FP（法布里－珀羅）干涉的液壓傳感方法。

背景技術(shù)

隨著信息社會的進一步發(fā)展，以傳感技術(shù)為核心的物聯(lián)網(wǎng)成為當(dāng)今世界各國高科技發(fā)展的戰(zhàn)略重點。光纖的發(fā)明也帶來了傳感技術(shù)的革命性發(fā)展，成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展不可或缺的一部分。由于光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，而且當(dāng)光波在光纖中傳輸時，其特征參量振幅、相位、偏振態(tài)、波長等會因外界因素如溫度、壓力、應(yīng)變、磁場、電場、位移等值接或間接地發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件探測物理量。光纖傳感技術(shù)就是利用光纖對某些物理量敏感的特性，將外界物理量轉(zhuǎn)換成可以直接測量的信號的技術(shù)。光纖傳感技術(shù)是光學(xué)領(lǐng)域最為重要的傳感技術(shù)之一，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、航天、航空、機械、石化、建筑、高鐵、橋梁、國防工業(yè)等領(lǐng)域。

基于光纖傳感技術(shù)的溫度傳感器、應(yīng)力傳感器、折射率傳感器已經(jīng)比較成熟，而在光纖液壓傳感領(lǐng)域，目前商用產(chǎn)品較少，但是有一定數(shù)量的學(xué)術(shù)論文報道。目前實現(xiàn)液壓傳感的光纖傳感技術(shù)可以分為三類，一是光纖布拉格光柵液壓傳感技術(shù)，該技術(shù)具有可以大量復(fù)用、成本低等有點，但是傳感器的靈敏度非常低；二是基于特種光纖液壓傳感技術(shù)，比如采用光子晶體光纖構(gòu)建Sagnac光纖環(huán)形干涉儀來檢測液壓，靈敏度較高，但是成本較高，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；三是基于光纖FP干涉的液壓傳感器，具有成本低、靈敏度高等特點，但是目前報道的光纖FP干涉液壓傳感器還存在制作工藝復(fù)雜等缺點。

?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了基于光纖FP干涉的新型液壓傳感方法。

本發(fā)明的方法包括以下步驟：

步驟(1)選擇一個輸出波長覆蓋1500nm至1600nm的寬帶光源、一個三端口光纖耦合器、一個基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^和一個工作波長覆蓋1500nm至1600nm的光譜分析儀；

步驟(2)將寬帶光源的輸出端口和光纖耦合器的一個輸入端口光纖連接；將該光纖耦合器的一個輸出端口和基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^以光纖熔接方式連接，該光纖耦合器的一個輸出端口和光譜分析儀的輸入端口光纖連接；

步驟(3)將基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^置入需要測量液壓的液體環(huán)境。所說的基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^是由以下步驟制作而成：1）截取一段長度10厘米以上、直徑為d(120～130微米)的普通單模光纖，采用商用的普通光纖切割機將其切割成兩段；2）將切割后的兩段普通單模光纖插入內(nèi)徑比普通單模光纖大1微米、外徑為D（10～20毫米）、長度為Ls（5～20毫米）的石英管，保持兩段光纖在石英管內(nèi)的兩個端面距離為L（20～200微米）；3）將石英管和左端的普通單模光纖以二氧化碳激光器加熱后固定，將石英管和右端的普通單模光纖涂上固化膠固定。

根據(jù)FP干涉理論，當(dāng)

，

可以觀測到干涉的極大值，其中L為石英管中光纖兩個端面距離，對應(yīng)干涉極大值的波長。當(dāng)施加基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^上的液壓發(fā)生改變的時候，對應(yīng)干涉極大值的波長對應(yīng)有一個波長漂移，其液壓和波長漂移滿足以下關(guān)系

其中，

為一常數(shù)。因此，可以通過測量基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^的干涉極大值波長的漂移來確定施加在光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^上的液壓。

本發(fā)明主要適用于測量液體中的液壓，利用了基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^的干涉極大值波長隨液壓變化的特性，通過的干涉極大值波長的漂移來確定液壓數(shù)值大小，實現(xiàn)了液壓傳感。本發(fā)明具有不受電磁干擾、價格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、制作工藝簡單、高靈敏度本等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明使用的光學(xué)器件連接示意圖；

圖2為基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^示意圖；

圖3為本發(fā)明方法測量結(jié)果圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明方法包括以下步驟：

(1)選擇一個輸出波長覆蓋1500nm至1600nm的寬帶光源1、一個三端口光纖耦合器2、一個基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3和一個工作波長覆蓋1500nm至1600nm的光譜分析儀4；

(2)將寬帶光源1的輸出端口和光纖耦合器2的一個輸入端口光纖連接；將該光纖耦合器2的一個輸出端口和基于石英管的光纖FP干涉?zhèn)鞲蓄^3以光纖熔接方式連接，該光纖耦合器2的一個輸出端口和光譜分析儀4的輸入端口光纖連接；