[发明专利]基于短腔光纤激光器的微压力传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种固定在悬臂梁上的一支或者两支短腔光纤激光器形成的拍频信号随外界微压力的变化而变化的传感器。

背景技术

压力和压强是工程应用领域中最常见的重要参量之一，是石油、化工、建筑等行业是必须监测的传感量。随着各种应用的不断深入，对压力传感器有进一步的需求，如在低压气体、真空度、风压监测等应用中需要高灵敏度、低量程的压力传感器。目前国内市场上该种压力传感器多为基于MEMS的微压传感器，有压阻式，电容式，谐振式等三种工作方式，其量程多数在1 KPa以上，少有低于1 KPa。电子式的微压传感器在复杂电磁环境等恶劣条件下，极容易受到干扰，限制了一些特殊场合的应用。申请公布号为CN 101738281 A的专利《改进型风载荷压力传感器》是基于MEMS的硅压阻压力传感器，且集成了温度传感器、加热器、温度控制电路以及信号调理电路板，可以实现低量程(5 KPa)压强测量。但该传感器包含多个电路，在强电场强磁场等测量环境下并不适用，容易受干扰甚至失灵。

光纤传感技术是利用光纤或光纤型器件的各种光学信号对外界某些物理量敏感的特性进行传感测试的一种技术。其中，光纤布拉格光栅(FBG)和基于FBG的短腔光纤激光器其特征波长对外界引起的应变和温度变化敏感，因此它们是一种波长调制型光学传感器。布拉格光纤光栅的Bragg波长由下式决定：

式中，为纤芯的有效折射率，为光栅的周期。工作在光纤通信波段的FBG的周期一般是几百纳米，它能够波长选择性地对传输于纤芯基模光波进行反射。基于FBG和悬臂梁结构可以设计出能适应高温高压、扰电磁干扰等恶劣环境的压力传感器，如申请公布号为CN 101750183 A的专利《光纤光栅压力传感器》所描述。但这种结构的灵敏度约为0.008nm/N,只适合用于高压下的压力传感，不适合作为低量程（1 KPa）微压传感器。

在掺铒光纤或铒镱共掺光纤上制作FBG而构成的短腔光纤激光器的长度约10～20mm。它作为传感器不仅继成了光纤光栅的优点，还具备更高分辨率、更大信噪比。特别是采用两支波长非常相近的短腔光纤激光器的激光输出或者采用正交双频激光器的两个频率通过适当处理可以在光探测器上产生拍频信号，频率为两个激光信号的差频。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于短腔光纤激光器的微压力传感器。该传感器利用短腔光纤激光器的激光输出进行拍频实现传感，用于解决微小压强的高灵敏测量和抗干扰测量问题。

本发明解决技术问题所采取的技术方案之一为：

基于短腔光纤激光器的微压力传感器，包括传感器壳体、弹簧、弹性薄膜、铝板、悬臂梁、第一短腔光纤激光器和第二短腔光纤激光器。

传感器壳体顶部固定设置弹性薄膜，设置在传感器壳体内的铝板与弹性薄膜的底面紧贴，弹簧的一端与传感器壳体内底固定、另一端与铝板的底面固定，所述的弹性薄膜、铝板和弹簧同轴设置。

悬臂梁的一端与铝板的边沿固定、另一端与传感器壳体内壁固定；第一短腔光纤激光器紧贴悬臂梁的顶面，第二短腔光纤激光器紧贴悬臂梁的底面。

所述的悬臂梁为等腰三角形的金属板，所述的第一短腔光纤激光器和第二短腔光纤激光器均沿着金属板的中轴线设置。

本发明解决技术问题所采取的技术方案之二为：

基于短腔光纤激光器的微压力传感器，包括传感器壳体、弹簧、弹性薄膜、铝板、第一悬臂梁、第二悬臂梁和短腔光纤激光器。

传感器壳体顶部固定设置弹性薄膜，设置在传感器壳体内的铝板与弹性薄膜的底面紧贴，弹簧的一端与传感器壳体内底固定、另一端与铝板的底面固定，所述的弹性薄膜、铝板和弹簧同轴设置。

第一悬臂梁的一端与铝板的边沿固定、另一端与传感器壳体内壁固定；第二悬臂梁的一端与铝板的边沿固定、另一端与传感器壳体内壁固定；第一悬臂梁位于第二悬臂梁的正上方，第一悬臂梁与第二悬臂梁形状相同。

所述的第一悬臂梁和第二悬臂梁均为等腰三角形的金属板，所述的短腔光纤激光器位于第一悬臂梁和第二悬臂之间，且与第一悬臂梁和第二悬臂紧贴设置，短腔光纤激光器沿着金属板的中轴线设置。