[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙分辨率光纖氣壓測(cè)量傳感器及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911119973.6
• 申請(qǐng)日: 2019-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110793710B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣奇;李龍超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01L11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01L11/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明公開(kāi)了一種雙分辨率光纖氣壓測(cè)量傳感器及方法,包括襯底、內(nèi)部的傳感部件和單模光纖；傳感部件包括薄膜、空芯光纖和套管，所述空芯光纖的一部分插在所述的套管內(nèi)，一部分位于套管外，其在位于套管外的空芯光纖外壁上設(shè)有與空芯光纖內(nèi)部連通的氣孔，作為氣壓進(jìn)出的通道，且該部分空芯光纖與單模光纖相連；位于套管內(nèi)的空芯光纖部分的端面與套管的端面平齊，且在該端面設(shè)有一層薄膜，插裝在襯底內(nèi)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開(kāi)了一種雙分辨率光纖氣壓測(cè)量傳感器及方法。

背景技術(shù)

人類(lèi)本身對(duì)大氣壓力的變化感知并不敏感，但有時(shí)候在過(guò)隧道、坐飛機(jī)時(shí)耳膜會(huì)感到異常，這時(shí)大氣壓的影響就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。在日常的實(shí)驗(yàn)研究中，或者是工業(yè)環(huán)境中，很多研究所實(shí)驗(yàn)室會(huì)使用氣壓表來(lái)測(cè)量環(huán)境壓力，然后在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室復(fù)制同樣的環(huán)境條件。尤其在環(huán)境壓力敏感的實(shí)驗(yàn)或工業(yè)生產(chǎn)中，氣壓的測(cè)量尤為重要。例如，液體的沸點(diǎn)在不同氣壓條件下就是不同的，所以在高海拔地區(qū)，烹飪時(shí)間就會(huì)與平原地區(qū)有所不同。

而通常在一些較為復(fù)雜的環(huán)境下，氣壓的變化為非線(xiàn)性變化，此時(shí)，普通的氣壓傳感器分辨率并不能滿(mǎn)足測(cè)量需求。例如：當(dāng)氣壓從1MPa變?yōu)?MPa，然后又從2MPa變?yōu)?.001Mpa,中間微弱的變化，使用大量程氣壓表無(wú)法檢測(cè)。然而，用小量程氣壓表又無(wú)法滿(mǎn)足氣壓測(cè)量要求，因?yàn)闅鈮鹤兓隽藴y(cè)量范圍。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)部分提出的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種雙分辨率的光纖氣壓傳感器，針對(duì)大幅度的氣壓變化、細(xì)微的氣壓變化，能分別實(shí)現(xiàn)測(cè)量，解決普通氣壓表的測(cè)量缺點(diǎn)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下；

第一方面，本發(fā)明提供了一種雙分辨率光纖氣壓測(cè)量傳感器,包括襯底、內(nèi)部的傳感部件和單模光纖；

所述的傳感部件包括薄膜、空芯光纖和套管，所述的空芯光纖與單模光纖相連，所述空芯光纖的一部分插在所述的套管內(nèi)，一部分位于套管外，其在位于套管外的空芯光纖外壁上設(shè)有與空芯光纖內(nèi)部連通的氣孔，作為氣壓進(jìn)出的通道，且該部分空芯光纖與單模光纖相連；位于套管內(nèi)的空芯光纖部分的端面與套管的端面平齊，且在該端面設(shè)有一層薄膜，插裝在襯底內(nèi)。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的單模光纖與空芯光纖之間形成端面的反射面M1、所述的薄膜作為反射面M2，用于kPa級(jí)氣壓測(cè)量。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的空芯光纖的內(nèi)表面為反射面M3，空芯光纖的外表面反射面M4，M3、M4為用于MPa級(jí)氣壓測(cè)量。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的薄膜為錫紙。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的薄膜還包裹套管的側(cè)面。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的薄膜黏貼在套管上。

第二方面，本發(fā)明提供了一種基于上述傳感器的測(cè)量方法，

所述的單模光纖與空芯光纖之間形成端面的反射面M1、所述的薄膜作為反射面M2，M1、M2為第一種模式光，用于kPa級(jí)氣壓測(cè)量，通過(guò)反射面M1、M2，形成雙光干涉；當(dāng)外界氣壓改變后，壓強(qiáng)的變化通過(guò)氣孔進(jìn)入，致使M2面發(fā)生位移，從而導(dǎo)致M1,M2兩光干涉條紋中心波長(zhǎng)的偏移，中心波長(zhǎng)其中L為M1和M2端面之間的距離，m為自然數(shù)，據(jù)此解調(diào)出壓強(qiáng)變化。

所述的空芯光纖的內(nèi)表面為反射面M3，空芯光纖的外表面反射面M4，M3，M4為第二種模式光，用于MPa級(jí)氣壓測(cè)量，中心波長(zhǎng)其中d為空芯光纖的壁厚，n₁，n_air分別為空芯光纖、空氣的折射率，m`為自然數(shù)。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.此結(jié)構(gòu)可以看做是雙F-P腔并聯(lián)結(jié)構(gòu)，利用薄膜測(cè)量kPa級(jí)氣壓。利用空芯光纖結(jié)構(gòu)，可以測(cè)量MPa級(jí)壓力。