[發(fā)明專利]一種自愈型智能全光柔性膜片

有效

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• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113091970B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黨宏濤;湯瑛琦;李晉;王宇
• 申請（專利權(quán)）人: 西京學(xué)院
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 楊曄

一種自愈型智能全光柔性膜片，包括表層保護(hù)裝置及信號感知裝置；泵浦激光器發(fā)出信號光，經(jīng)過主線光纖、直波導(dǎo)微納光纖與微納光纖諧振環(huán)進(jìn)入到信號接收單元，最后送至信號處理單元進(jìn)行對光信號的處理，而當(dāng)外界對上基底和下基底產(chǎn)生壓力時(shí)，對直波導(dǎo)微納光纖內(nèi)的光學(xué)倏逝場產(chǎn)生影響，使得被送入信號處理單元的光信號發(fā)生改變，通過信號處理單元對送達(dá)的光信號進(jìn)行解析，得到壓力的變化信息，修復(fù)膠囊可在壓力過大損壞基底后進(jìn)行自動修復(fù)；本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)一體化，柔韌性強(qiáng)、修復(fù)迅速、傳導(dǎo)速度快及智能化的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自愈型智能全光柔性膜片。

背景技術(shù)

光纖壓力傳感器具有抗輻射、抗電磁干擾、耐高溫、耐腐蝕、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，適合用于高輻射、高電磁干擾、高溫高壓等極端環(huán)境。以往在進(jìn)行壓力傳感時(shí)，廣泛使用微型法布里-珀羅(F-P)壓力傳感器，該傳感器通常有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)和膜片結(jié)構(gòu)兩種，毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的壓力傳感器對壓力感知敏感度低，可用于較大范圍的壓強(qiáng)的測量，但不適于對精度要求高的微壓測量；膜片式法布里-珀羅腔結(jié)構(gòu)，理論上可以獲得較高的靈敏度，成為最常用的干涉型光纖壓力傳感器，它具有損耗低、抗干擾、靈敏度高、線性度好、測量精度高、動態(tài)范圍大等優(yōu)良特性。

現(xiàn)有技術(shù)大多為對于壓力(應(yīng)力)的多點(diǎn)測量以及分布式測量。其中與本發(fā)明最為相近的技術(shù)出自[1]李芳.膜片式光纖EFPI傳感器的研究[D].大連理工大學(xué),2011.在膜片式光纖EFPI壓力傳感器的制作方法、液位測量方面進(jìn)行了研究，提出了膜片式光纖EFPI壓力傳感器的方案，設(shè)計(jì)并搭建了激光熔接系統(tǒng),利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)膜片與毛細(xì)管、光纖與毛細(xì)管之間的熱熔,制作了全石英結(jié)構(gòu)的膜片式光纖EFPI壓力傳感器,并對其進(jìn)行壓力性能測試,在0-50KPa的壓強(qiáng)測量范圍內(nèi),傳感器的壓強(qiáng)靈敏度為5.3nm/KPa,測量分辨率為36.58pm,對應(yīng)的壓強(qiáng)分辨率為6.9Pa。而當(dāng)前技術(shù)缺陷是所用的傳感器和機(jī)械單元等均為分離式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)配復(fù)雜，并且難以實(shí)現(xiàn)自主信號處理和環(huán)境智能適應(yīng)等。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種自愈型智能全光柔性膜片，能夠解決現(xiàn)有傳感膜片在受到較大應(yīng)力作用時(shí)膜片容易受損的問題，具有結(jié)構(gòu)一體化，柔韌性強(qiáng)、修復(fù)迅速、傳導(dǎo)速度快及智能化的優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種自愈型智能全光柔性膜片，包括表層保護(hù)裝置及信號感知裝置；所述表層保護(hù)裝置包括上基底1及下基底2，上基底1一側(cè)近邊緣設(shè)有泵浦激光器4，另一側(cè)近邊緣設(shè)有信號處理單元11，上基底1中且泵浦激光器4與信號處理單元11之間及下基底2中，均勻排列有修復(fù)膠囊3；

所述信號感知裝置包括分別貼合于上基底1及下基底2相對面的全光薄膜5，全光薄膜5一側(cè)設(shè)有信號光源7,信號光源7發(fā)出的信號光分別通過主線光纖8、微納光纖環(huán)10及直波導(dǎo)微納光纖9，由信號接收單元6接收，最后送達(dá)信號處理單元11進(jìn)行解析。

所述上基底1及下基底2為PDMS材料，厚度為1-2mm。

所述修復(fù)膠囊3材料為聚合物PMMA，修復(fù)膠囊3內(nèi)部填充有UV膠。

所述泵浦激光器4的激光波長為1.55μm。

所述全光薄膜5為PDMS材料，厚度為0.1-0.5mm。

所述的微納光纖諧振環(huán)10的每個(gè)環(huán)的周長不同，該周長等于與之相連的直波導(dǎo)微納光纖9內(nèi)光信號工作波長的整數(shù)倍。

所述主線光纖8、微納光纖環(huán)10及直波導(dǎo)微納光纖9均采用熔石英，折射率為1.46。

所述UV膠的折射率低于主線光纖8、微納光纖環(huán)10及直波導(dǎo)微納光纖9的折射率，優(yōu)選為1.36。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，該發(fā)明的有益效果是: