[實用新型]基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器

有效

• 申請號: 201520631684.5
• 申請日: 2015-08-17
• 公開（公告）號: CN205015117U
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 劉亞銘;徐賁;黃杰
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于傳感器領域，具體涉及一種基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器。

背景技術

光纖傳感器由于其獨特的優勢在生物醫學、汽車制造業和環境監測等領域得到了普遍的應用，光纖氣壓傳感器更是因其具有良好的多路復用能力、體積小、抗電磁干擾和易于信號探測等優點而受到了人們的廣泛關注。各種結構的光纖氣壓傳感器已經被報道，如基于邊孔光纖的π相位偏移布拉格光纖光柵氣壓傳感器、邊孔雙芯光子晶體光纖氣壓傳感器和雙折射塑料光纖氣壓傳感器。近年來，法布里-珀羅(FP)干涉儀光纖氣壓傳感器受到了廣泛的研究，如在光纖端面上鍍敏感膜結構的氣壓傳感器、單芯和雙芯光子晶體光纖結構的氣壓傳感器和布拉格光纖光柵結構的氣壓傳感器等。基于膜結構的FP腔氣壓傳感器的氣壓靈敏度是由氣壓改變時所引起的FP腔腔長改變量決定的，而腔長改變量又與所使用膜的厚度相關，當使用的膜的厚度范圍達到100-1000nm時，即可得到高的氣壓靈敏度。但是基于膜結構的氣壓傳感器由于薄膜易破損和操作復雜等缺點而導致其使用受到了極大的限制。盡管使用單芯或雙芯結構的光子晶體光纖可以得到堅固的光纖氣壓傳感器，但是其氣壓靈敏度取決于氣壓改變所引起的二氧化硅材料折射率的改變，因此其氣壓靈敏度非常低，通常小于33pm/MPa。

發明內容

為了解決上述現有技術的不足，本實用新型提供一種基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器，其具有制備簡單、靈敏度高、堅固等優點。

本實用新型所采用的技術方案是：基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器，包括寬帶光源、光纖光譜儀和馬赫-曾德干涉儀，其特征在于：所述的馬赫-曾德干涉儀包括凹錐型光纖，在凹錐型光纖中心有一個圓形空氣腔，且空氣腔上方有一個直徑為2-4um的小孔，使空氣腔與外部連通；馬赫-曾德干涉儀兩端經單模光纖分別與寬帶光源和光纖光譜儀連接。

本實用新型的有益效果是：

1.傳感器整體材料為單模光纖，且制備過程中只需使用飛秒激光器和普通商用光纖熔接機，具有成本低、制備簡單的優點。

2.制備時，對單模光纖本身進行了微加工和拉錐處理，從而在進行傳感測試時能夠激發更多的高階模，因此氣壓靈敏度比一般的光纖傳感器高出了一個量級。

3.制備時，由于是微加工處理，在纖芯部分聚焦出的空氣腔與整個光纖相比尺寸較小，且在空氣腔上打的小孔直接僅為2-4um，因此所述傳感器比一般光纖傳感器堅固。

附圖說明

下面結合附圖及具體方式對本實用新型作進一步說明。

圖1是本實用新型的光纖干涉儀結構圖；

圖2是光纖傳感器測試系統示意圖；

圖中：1.馬赫-曾德干涉儀，2.凹錐型光纖，3.空氣腔，4.小孔，5.寬帶光源，6光纖光譜儀。

具體實施方式

圖1中，基于M-Z干涉的光纖氣壓傳感器，包括寬帶光源5、光纖光譜儀6和馬赫-曾德干涉儀1，其特征在于：所述的馬赫-曾德干涉儀1包括凹錐型光纖2，在凹錐型光纖2中心有一個圓形空氣腔3，且空氣腔3上方有一個直徑為2-4um的小孔4，使空氣腔3與外部連通；馬赫-曾德干涉儀1兩端經單模光纖分別與寬帶光源5和光纖光譜儀6連接。

如圖2所示，進行氣壓傳感實驗時，將馬赫-曾德干涉儀1密封在一個氣室中，氣室中的氣體由小孔4進入到空氣腔3中，當寬帶光源發出的光進入馬赫-曾德干涉儀1后，一部分光進入空氣腔3，以腔模的形式傳播，另一部分光進入包層，以包層模的形式傳播，腔模和包層模在空氣腔的另一端相遇并形成干涉。氣壓靈敏度的公式為：其中λ為光在真空中的波長；為包層模和腔模的折射率之差，為空氣腔折射率的氣壓相關系數。當氣室中的氣壓改變，空氣腔3中氣壓變化，其中氣體的折射率發生變化，從而包層模和腔模的折射率之差改變，表現在光纖光譜儀即為光譜波峰的漂移，通過測量輸出中心波長的漂移量即可實現氣壓的傳感測量。