[實用新型]一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器

有效

• 申請號: 201520631705.3
• 申請日: 2015-08-17
• 公開（公告）號: CN205015118U
• 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，具體涉及一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器。

背景技術

近年來，光纖氣壓傳感器受到了廣泛的關注，與傳統電子氣壓傳感器相比，光纖氣壓傳感器具有獨特的優點：靈敏度高、重量輕、體積小、抗電磁干擾、耐腐蝕等。因此，各種結構和制造技術已被應用于制備不同類型的光纖氣壓傳感器，如相移布拉格光纖光柵傳感器、雙芯邊孔光子晶體光纖傳感器、雙折射塑料光纖傳感器等。法布里-珀羅干涉儀由于其體積小、靈敏度高等優勢在氣壓傳感中扮演了重要的角色。法布里-珀羅干涉儀氣壓傳感器分為兩類：一類是密封腔式光纖氣壓傳感器，另一類是開腔式光纖氣壓傳感器。對于密封腔式光纖氣壓傳感器，當外界壓力改變時，其腔長也會隨之改變。例如，一個基于空芯光纖的法布里-珀羅干涉儀氣壓傳感器，其靈敏度為23.4pm/MPa，廖等人優化了該氣壓傳感器的制作工藝，使其氣壓靈敏度增加到了1036pm/MPa。一種能夠有效提高密封腔式光纖氣壓傳感器氣壓靈敏度的有效方法是減少FP腔的壁的厚度，有人利用這種方法使氣壓傳感器的靈敏度達到了39.4nm/MPa和70.5nm/MPa。但是這種方法使得傳感器的探測范圍受到了限制，且由于FP腔壁變得非常薄，傳感器的機械強度也會很差。對于開腔式光纖氣壓傳感器，其探測原理與密封腔式光纖氣壓傳感器不同：利用了氣體壓力變化時，折射率隨之改變的特性。因此與密封腔式光纖氣壓傳感器相比，開腔式光纖氣壓傳感器具有較大的探測范圍。例如，蕭等人采用一種膠合技術將多種材料結合在一起形成了一種簡易的FP腔氣壓傳感器，但是由于膠水具有較大的熱膨脹系數，因此該干涉儀的溫度交叉靈敏度較高。Coelho等人報道了一種混合式FP腔氣壓傳感器可同時測量氧氣和二氧化碳的氣壓值，但是兩種氣體的疊加干涉光譜使得信號的解調變得非常復雜。

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高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器，將兩節不同內徑的毛細管與單模光纖熔接在一起，具有制備簡單、靈敏度高、測量范圍廣、交叉靈敏度低等優點。

本實用新型所采用的技術方案：一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器，其特征在于：所述的傳感器由單模光纖、內徑為50um的毛細管、內徑為4um的毛細管依次熔接而成，其中4um內徑毛細管與50um內徑毛細管錯位8um熔接，且4um內徑毛細管另一端端面為8°的傾角。

所述的內徑為50um和4um的毛細管，其外徑均為150um。

本實用新型的有益效果是：

1.傳感器制備過程中只需使用普通商用光纖熔接機將單模光纖與不同內徑的毛細管熔接在一起，具有制備簡單的優點。

2.所述的高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器為開腔式光纖氣壓傳感器，因此具有較大的氣壓探測范圍，且由于使用的毛細管的腔長極短，故所述傳感器具有較大的氣壓靈敏度。

3由于傳感器的主體部分：單模光纖、不同內徑的毛細管的熱膨脹系數都極小，因此傳感器的溫度交叉靈敏度極低。

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傳感器結構圖；

圖2是光纖傳感器測試系統示意圖；

圖中：1.光纖傳感器，2.單模光纖，3.50um內徑毛細管，4.4um內徑毛細管，5.寬帶光源，6.光纖光譜儀，7.光纖環形器。

具體實施方式

圖1中，一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器，其特征在于：所述的光纖傳感器1由單模光纖2、內徑為50um的毛細管3、內徑為4um的毛細管4依次熔接而成，其中4um內徑毛細管與50um內徑毛細管錯位8um熔接，且4um內徑毛細管另一端面為8°的傾角。

如圖2所示，一種高靈敏度光纖微腔氣壓傳感器的工作原理為：將光纖傳感器1經光纖跳線與光纖環形器7的藍色連接線相連，并將光纖環形器7的紅色和白色連接線經單模光纖分別與寬帶光源5、光纖光譜儀6相連，進行氣壓傳感實驗時，將傳感器1密封在一個氣室中，由于所述的傳感器為開腔式光纖氣壓傳感器，氣室中的氣體由4um內徑毛細管4進入到50um內徑毛細管3中。當寬帶光源發出的光進入傳感器時，一部分光會在單模光纖2與50um內徑毛細管3熔接的端面處發生第一次反射，另一部分光會繼續傳播并在50um內徑毛細管3與4um內徑毛細管4熔接的端面處發生第二次反射，兩束反射光相遇并產生干涉，其輸出光強為：相位差其中n是50um內徑毛細管3中氣體的折射率；L是50um內徑毛細管3的長度；λ是光在真空中的波長；為初相位。當改變氣室中的氣壓，隨著毛細管中氣壓變化，其中氣體的折射率n改變，導致相位差改變，從而干涉條紋發生改變，表現在光纖光譜儀中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。