[發明專利]調頻連續波激光干涉壓力傳感器及其檢測方法

在審

• 申請號: 202010765948.1
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112050976A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 鄭剛;白浪;孫彬;張雄星;高明;劉衛國
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L11/02
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

1.一種調頻連續波激光干涉壓力傳感器，其特征在于：包括半導體激光器(1)，半導體激光器(1)與光纖環行器(2)端口一連接，光纖環行器(2)端口二通過單模光纖與光纖準直器(3)連接，光纖環形器(2)的端口三與光電探測器(6)相連，光纖準直器(3)后設置膜片式琺珀腔機構，光纖環行器(2)、光纖準直器(3)、光電探測器(6)和膜片式琺珀腔機構構成光纖壓力傳感系統。

2.根據權利要求1所述的調頻連續波激光干涉壓力傳感器，其特征在于：膜片式琺珀腔機構包括部分反射鏡(4)和彈性膜片(5)，彈性膜片(5)設置在部分反射鏡(4)后側，彈性膜片(5)粘貼于充氣腔機構端面上。

3.根據權利要求2所述的調頻連續波激光干涉壓力傳感器，其特征在于：充氣腔機構包括不銹鋼管(7)，不銹鋼管(7)中空部分為充氣腔(8)。

4.根據權利要求3所述的調頻連續波激光干涉壓力傳感器，其特征在于：部分反射鏡(4)粘貼于光纖準直器(3)后側。

5.根據權利要求4所述的調頻連續波激光干涉壓力傳感器，其特征在于：光纖準直器(3)固定于不銹鋼管(7)左側端口。

6.根據權利要求5所述的調頻連續波激光干涉壓力傳感器，其特征在于：彈性膜片(5)固定于不銹鋼管(7)右側端口。

7.根據權利要求6所述的調頻連續波激光干涉壓力傳感器，其特征在于：彈性膜片(5)采用具有高彈性性能的SUS631不銹鋼材質制作而成。

8.根據權利要求7所述的調頻連續波激光干涉壓力傳感器，其特征在于：半導體激光器(1)通過光纖藕合器(9)分別連接兩路或多路光纖壓力傳感系統。

9.一種采用權利要求1所述的調頻連續波激光干涉壓力傳感器的檢測方法，其特征在于：半導體激光器發出的線性調頻激光通過單模光纖依次進入光纖環行器和光纖準直器，然后被光纖準直器準直為空間光束耦合進入膜片式琺珀腔機構，此空間光束在部分反射鏡表面和彈性膜片表面分別發生反射后疊加產生一個動態拍頻信號，此拍頻信號由光纖準直器再次耦合回單模光纖進入光纖環行器，從光纖環行器端口三出射到達光電探測器轉換為電信號，檢測拍頻信號初相位變化量可以得出兩反射光束光程差的變化量，即可檢測出琺珀腔腔長變化量，然后根據膜片壓力形變原理，實現壓力高精度測量；

其中，拍頻信號初相位的變化量δφ_b0與壓強變化量ΔP的關系式為：

式中h代表膜片的厚度，γ是法珀腔的半徑也就是膜片的有效感壓半徑，μ是膜片材料的泊松比，E是膜片材料的彈性模量，n為空氣折射率(n＝1)，λ₀為光波在真空中的波長。