[發明專利]法布里-珀羅式壓強感測腔及應用其的光纖壓強傳感器

有效

• 申請號: 201310363259.8
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103487200A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 王兆剛;張文濤;李芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02;G02B6/44
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及氣壓測量技術領域，尤其涉及一種法布里-珀羅式壓強感測腔及應用其的光纖壓強傳感器。?

背景技術

壓強傳感器是工業中的一種常用儀表，廣泛應用于軍事和民用領域。?

機械式壓強傳感器出現較早且目前較為常見，如水銀壓強傳感器、膜盒式壓強傳感器等。靈敏度低、不易數字化等問題使得機械式壓強傳感器在許多領域無法應用。電磁式壓強傳感器靈敏度相對較高，也易于數字化，如電力壓強傳感器、磁力壓強傳感器等。但在某些應用環境下，如電磁波干擾、遭遇打雷天氣等，電磁式壓強傳感器常常出現測量不準甚至損壞的狀況，往往不適合長距離信號實時傳輸和長期連續觀測?

光纖壓強傳感器是利用光纖的傳光特性以及它與周圍環境相互作用產生的各種調制效應，探測周圍環境壓強的儀器。它與傳統的機械式壓強傳感器和電磁式壓強傳感器相比，有以下主要優勢：氣壓靈敏度高、不受電磁干擾、體積小、重量輕，以及兼具信息傳感及光信息傳輸于一身等優點。鑒于光纖壓強傳感器的如上技術優勢，可滿足各發達國家在航空航天、油氣勘探、氣象測報等領域的要求，目前各國已經在此方面積極展開研究。?

基于法布里-珀羅干涉原理的光纖壓強傳感器以其體積小、可絕對測量的優勢備受關注。法布里-珀羅干涉是多光束干涉的一種，一般為一束光入射到兩面平行放置的具有特定反射率的反射鏡之間，發生多次反射后產生干涉輸出。由這樣的兩面反射鏡所構成的裝置被稱為法布里-珀羅標準具或法布里-珀羅腔。?

目前大多數光纖壓強傳感器的法布里-珀羅式壓強感測腔是由一根光纖的端面和一個具有特定反射率的壓強敏感膜片的表面或者安裝在該彈性膜片上的反射鏡構成，即膜片式光纖壓強傳感器。這種傳感器的壓強靈敏度隨膜片的材料、尺寸的改善而提高。近年來研究學者們在膜片的材料?和尺寸的選擇上做到了極大的優化。但是，在結構上沒有改進使得單膜片式光纖壓強傳感器壓強靈敏度無法進一步提高。因此，如何在膜片的材料和尺寸已優選情況下，通過改善光纖壓強傳感器結構提高氣壓靈敏度，是光纖壓強傳感器進一步發展的研究趨勢和技術難題。?

2005年，劉木林等人研究指出法布里-珀羅式壓強感測腔兩反射面的不平行度對干涉光強分布、峰值強度大小和峰值強度的位置有很大影響(劉木林，吳正茂，夏光瓊，高斯光束斜入射非平行法布里-珀羅干涉儀后的透射光強分布，光學學報，2005，25(1)：109-114)。膜片的不規則變形使得常見的膜片式光纖法布里-珀羅傳感器均存在這一問題。2010年，江俊峰、劉鐵根等人分別通過在膜片上粘貼短光纖和設置平面—球形點接觸結構來嘗試彌補此缺點(中國專利，CN101832832A；CN101858809A)，不過由于光纖法布里-珀羅傳感器尺寸普遍較小，這些方法可操作性很差，并沒有較好地解決該問題。?

在實現本發明的過程中，申請人發現現有技術由于法布里-珀羅式壓強感測腔的腔面不平行導致測量信號反射率低，由其制成的光纖壓強傳感器測量精度較差。?

發明內容

(一)要解決的技術問題?

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種法布里-珀羅式壓強感測腔及應用其的光纖壓強傳感器，以解決由于腔面不平行導致測量信號反射率低的問題。?

(二)技術方案?

根據本發明的一個方面，提供了一種法布里-珀羅式壓強感測腔。該光纖法布里-珀羅式壓強感測腔包括：殼體；第一膜片，沿垂直于殼體中心軸線的方向密封并固定于殼體內，在其中心位置設置杯狀凸臺；第二膜片，沿垂直于殼體中心軸線的方向密封并固定于殼體內，在其中心位置設置柱形凸臺，柱形凸臺的外柱面和杯狀凸臺的內筒面以共軸插接方式可滑動匹配，杯狀凸臺的底面與柱狀凸臺的頂面之間形成一容積空間；光纖，穿過柱形凸臺伸入容積空間內，其端面和杯狀凸臺的底面之間構成法布里-珀羅腔；其中，第一膜片和/或第二膜片隨外界氣壓的變化而運動，從而柱形凸?臺在杯狀凸臺內前后運動，進而引起法布里-珀羅腔的腔長發生變化。?

根據本發明的另一個方面，提供了一種應用上述法布里-珀羅式壓強感測腔的光纖壓強傳感器。該光纖壓強傳感器包括：光源模塊，提供測量光；光路轉換模塊，將測量光傳輸至法布里-珀羅式壓強感測腔，并接收由該法布里-珀羅式壓強感測腔的反饋光信號；信號處理模塊，對法布里-珀羅式壓強感測腔的反饋光信號進行光電轉換、數據處理，輸出法布里-珀羅式壓強感測腔所處環境的氣壓。?

(三)有益效果?

從上述技術方案可以看出，本發明法布里-珀羅式壓強感測腔及應用其的光纖壓強傳感器具有以下有益效果：?