[实用新型]一种基于多个法布里‑珀罗微腔的光纤气压传感装置

说明书

技术领域

本实用新型提供了一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置，属于光纤传感技术领域。

背景技术

大气压力在气象遥测、飞行器定高、野外作业等领域中，是一项非常重要的参数。尤其是近年来，随着无人机飞行器领域的革命性发展，通过遥测大气压力，对无人机的高度进行快速、实时、准确的监测显得十分迫切。在传统大气压力测量领域，多采用力平衡式、谐振式和压阻式的气压传感技术。与之相比，光纤气压传感器因其具有体积小、抗电磁干扰、耐高温、化学稳定性强、可调参数多这些优点，越来越受到市场上的广泛关注。

在众多种类的光纤气压传感器的配置中，基于法布里-珀罗微腔的光纤气压传感器具有高敏感度、体积小和对反射模式的简易操作等特点，在研究领域中具有特别的吸引力。此类传感器分有两种不同的操作机制：腔体长度变化型和腔中折射率变化型。基于腔体长度变化型的法布里-珀罗干涉仪气体压力传感器气体压力敏感度相对较低。在光纤端面上加上超薄隔膜后，此类传感器虽然可以实现最高100nm/MPa的超高灵敏度，但是只具有几十kPa的有限测量范围。更为重要的是，具有超薄隔膜的光纤的传感头的坚固性较差，并且在危险环境下难以维持。对于基于腔中折射率变化的法布里-珀罗干涉仪气体压力传感器来说，虽然可以实现更大范围的测量和更好的坚固性，然而，其灵敏度通常低至几十μm/MPa。

综上所述，光纤气体压力传感器具有很大的开发前景，是最具潜力的研究方向之一。尽管，目前仍存在许多问题亟待解决，例如提高灵敏度、加大测量范围、增强坚固性和考虑温度交叉性等。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述现有技术的缺陷，提供一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置，其制作过程简单，体积小，成本低，并具有灵敏度高、测量范围较广、坚固性强等优点。

1.本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：一种基于多个法布里-珀罗微腔的光纤气压传感装置，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪，其连接方式为：环形器进口端与宽带光源连接，环形器出口端与传感头连接，环形器反馈端和光谱分析仪相连接；其特征在于：所述的传感头，由石英毛细管与单模光纤构成。在熔接机连续放电作用下，其毛细管中的一部分膨胀为空心球腔，并在单模光纤-毛细管的熔接面形成毛细管薄层。

所述单模光纤纤芯直径为8.2μm，光纤直径为125μm。

所述石英毛细管为长度约0.8mm，附着在单模光纤上的毛细管段。其内径为50μm，外径为150μm。

所述传感头的制作方法是：使用熔接机，在放电功率为45bit，放电时间为400ms的熔接模式下，先将长度约为0.8mm的毛细管段熔接到单模光纤上。在熔接机提供的两端应力作用下，再将毛细管的另一端与另一单模光纤在放电功率为45bit，放电时间为3000ms的熔接模式下进行连续放电进行熔接，直至毛细管的一部分膨胀为空心球腔，并且在单模光纤-毛细管的熔接处形成薄层。最后在毛细管一侧，远离单模光纤-毛细管的熔接处约410μm的位置切割毛细管。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、传感头的材料选用单模光纤与石英毛细管，具有制作方法简单、材料价格低廉、化学性能稳定等优点。

2、传感头对气压和温度都具有敏感性，可以用于温度与气压的双参数同时测量。

3、传感头的气压灵敏度较高(4.067nm/MPa)，且气压测量范围较大。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的实施应用系统示意图。

图2为本实用新型的光纤传感头结构图。

图中，1.宽带光源，2.环形器，3.传感头，4.光谱分析仪，5.单模光纤，5a.单模光纤纤芯，5b.单模光纤包层，6.毛细管薄层，6a.毛细管薄层前壁，6b.毛细管薄层后壁，7.球型空气腔，7a.球型空气腔后壁，8.毛细管，8a.毛细管切割端面。

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本实用新型作进一步描述：

图1所示为本实用新型的实施应用系统示意图，包括宽带光源1、环形器2、传感头3、光谱分析仪4。其连接方式为：环形器2有三个接口端，分别为：光源进口端，光源出口端，反馈端。进口端与宽带光源1连接，出口端与连接传感头3连接，反馈端和光谱分析仪4相连接。