[發(fā)明專利]一種基于PDMS膜和游標(biāo)效應(yīng)增敏的光纖液壓傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210069922.2
• 申請(qǐng)日: 2022-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN114414134B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立杰;杜尚海;熊燕玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L11/02
• 分類號(hào): G01L11/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 申素霞

本發(fā)明提供了一種基于聚二甲基硅氧烷膜和游標(biāo)效應(yīng)增敏的光纖液壓傳感器，屬于液體壓強(qiáng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明結(jié)合單模光纖、多模光纖、懸浮芯光纖及石英管的特性設(shè)計(jì)了高集成度混合干涉儀(即邁克爾遜干涉儀以及法布里?珀羅干涉儀)結(jié)構(gòu)的傳感頭，所述石英管末端設(shè)置有PDMS膜，其具有良好的彈性和疏水性，可以實(shí)現(xiàn)液壓變化的準(zhǔn)確測(cè)量，且靈敏度高；同時(shí)，本發(fā)明所述傳感頭的高集成度設(shè)計(jì)所形成的兩個(gè)干涉儀具有高集成度的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中，法布里?珀羅干涉儀作為傳感干涉儀，邁克爾遜干涉儀作為參考干涉儀，能夠?qū)崿F(xiàn)游標(biāo)效應(yīng)增敏，將光纖液壓傳感器的靈敏度進(jìn)一步提高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液體壓強(qiáng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于聚二甲基硅氧烷膜和游標(biāo)效應(yīng)增敏的光纖液壓傳感器。

背景技術(shù)

液壓是深海探測(cè)、生物診斷以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的重要物理參量，其變化的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)上述領(lǐng)域至關(guān)重要。光纖液壓傳感器作為一種新型液壓傳感器，其傳輸功率損耗小，且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，相較于電子液壓傳感器，光纖液壓傳感器抗電磁干擾，在惡劣環(huán)境下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。鑒于上述獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，光纖液壓傳感器近年來(lái)發(fā)展迅速，備受研究者們關(guān)注。

目前常見的光纖液壓傳感器多數(shù)應(yīng)用光纖光柵，其靈敏度約為0.5nm/MPa（高宇飛，劉超，牟海維；基于平膜片和懸臂梁的光纖光柵壓力響應(yīng)特性研究；光學(xué)儀器，2014，4：333-336）。現(xiàn)有技術(shù)中有報(bào)道基于石英膜的光纖液壓傳感器（Huang W, Zhang Z, He J ,et al. Nonlinear Hydraulic Pressure Response of an Improved Fiber TipInterferometric High-Pressure Sensor. Sensors, 2020, 20(9): 2548），即在石英管的末端設(shè)置石英膜，以此形成法布里-珀羅干涉儀，該光纖液壓傳感器與基于光纖光柵的光纖液壓傳感器相比，靈敏度有一定程度的提高，為1.5nm/MPa，但仍無(wú)法滿足一些高精度液壓檢測(cè)領(lǐng)域的需求。因此，設(shè)計(jì)一種液壓傳感器實(shí)現(xiàn)高靈敏度液壓測(cè)量十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚二甲基硅氧烷膜和游標(biāo)效應(yīng)增敏的光纖液壓傳感器。本發(fā)明提供的光纖液壓傳感器通過(guò)設(shè)置聚二甲基硅氧烷膜以及形成游標(biāo)效應(yīng)增敏，能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度液壓測(cè)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種基于聚二甲基硅氧烷膜和游標(biāo)效應(yīng)增敏的光纖液壓傳感器，包括寬帶光源、環(huán)形器、傳感頭和光譜分析儀；

所述環(huán)形器沿周向順次設(shè)置有第一端口、第二端口和第三端口，所述寬帶光源與所述第一端口連接，所述傳感頭與所述第二端口連接，所述光譜分析儀與所述第三端口連接；

所述傳感頭包括順次熔接的單模光纖、多模光纖、懸浮芯光纖和石英管，所述石英管未熔接有懸浮芯光纖的一端的末端設(shè)置有聚二甲基硅氧烷膜；其中，所述傳感頭中靠近單模光纖的一端與所述第二端口連接。

優(yōu)選地，所述單模光纖的內(nèi)直徑為8~9微米，外直徑為125微米。

優(yōu)選地，所述多模光纖的長(zhǎng)度為150~200微米，內(nèi)直徑為60微米，外直徑為125微米。

優(yōu)選地，所述懸浮芯光纖包括包層、設(shè)置在所述包層中心位置的氣體通孔以及內(nèi)切于所述氣體通孔的纖芯。

優(yōu)選地，所述懸浮芯光纖的外直徑為125微米，長(zhǎng)度為150~200微米。

優(yōu)選地，所述氣體通孔的直徑為40微米。

優(yōu)選地，所述纖芯的直徑為8~9微米。

優(yōu)選地，所述石英管的內(nèi)部纖芯為空氣；所述石英管的長(zhǎng)度為所述懸浮芯光纖長(zhǎng)度的60%，所述石英管的內(nèi)直徑為50微米，外直徑為125微米。

優(yōu)選地，所述聚二甲基硅氧烷膜的厚度為10~20微米。