[发明专利]微纳米光纤EFPI传感器F-P腔体制作装置及方法

说明书

本发明公开了一种属于光纤传感技术领域的一种微纳米光纤EFPI传感器F‑P腔体制作装置及方法。所述装置由扩束准直聚焦光路和制作平台组成，所述光路包括激光器、扩束准直镜、微调机构、反射镜、聚焦透镜，用于将一束发散的激光束扩束准直聚焦为微米级的平行激光束；所述制作平台包括水平、竖直旋转台和直线滑台，用于实现膜片切割、膜片与毛细管熔接以及光纤与毛细管熔接等一体化集成制作。所述方法将整形后的激光光束均匀辐射至制作平台焊件表面，利用制作平台一体化集成构造对光纤EFPI传感器进行精密熔接密封。本发明制作过程一体集成连续，操作简单方便，有效保证焊点均匀，利用微米级腔长调节技术可实现实时监测、自动反馈功能，具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种微纳米光纤EFPI传感器F-P腔体制作装置及方法。

背景技术

随着光纤通讯技术在国防科工领域的不断发展，使得光纤传感器也得到了广泛的应用，相比于其他传感器，光纤传感器具备零电磁干扰的特性，尤其适用于电力系统在线监测与故障诊断。光纤传感技术以石英玻璃光纤为传光媒介，利用光信号对外界变化信号的感知探测能力，并利用光电转换技术来对应变光信号进行处理，解调出外界参量变化信号。光纤传感型传感器由于结构紧凑无需专用探测敏感元件、光纤利用率高以及检测灵敏度高的优点得到了广泛的应用与改进。热量、压强、声场能量、磁能、电流、电压以及图形像素等外界参量变化信号均可被光纤探测感知，由此也发展改进出了各种诸如温敏、压感、测距的专用的传感器。1981年TOSHIHIKO YOSHINO和YOTAKA OHNO将F-P干涉仪理论实物化为F-P光纤传感器并验证其具有可靠工作能力。各国研究人员和学者通过改进F-P干涉仪结构、改良制作工艺，研究出多种性能稳定、高探测灵敏度、耐受恶劣环境的光纤传感器，取得了丰硕的成果。在过去近30年间，多种粘合技术被应用到光纤传感器的制作工序中，根据所用粘合剂的不同，粘合固定技术可分为以下几种：环氧胶固定、玻璃焊料固定和阳极键合等方法。这些方法由于引入了不同热膨胀系数的材料，增加了热膨胀应力对结构的破坏，影响了固定前后的结构连续性，并且不耐高温，难以应用在复杂物理化学环境中。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种微纳米光纤EFPI传感器F-P腔体制作装置及方法，其特征在于，

一种微纳米光纤EFPI传感器F-P腔体制作装置，包括：激光扩束准直聚焦光路和传感器制作平台，

所述激光扩束准直聚焦光路由三部分组成，第一部分为二氧化碳激光器1，作为焊接激光热源；第二部分由扩束准直镜2、扩束准直镜筒3、4个顶丝4组成，所述扩束准直镜2位于扩束准直镜筒3的前端，通过扩束准直镜筒3上的4个顶丝4来调节入射到反射镜6上的激光束位置和角度；第三部分包括竖直方向依次连接的微调机构5、反射镜6、聚焦透镜7、镜筒8、聚焦透镜9；所述反射镜6与水平线呈45°夹角；所述镜筒8开2个孔，分别放置两个焦距可替换的聚焦透镜7和聚焦透镜9，用于调节激光光斑的大小，经聚焦后的激光光束光斑焦点位置保持不变；

所述传感器制作平台位于激光扩束准直聚焦光路的下方，由竖直旋转台10、水平旋转台11、L型支架12、直线滑台13组成；所述竖直旋转台10、水平旋转台11与直线滑台13依次固定在L型支架12上；其中，竖直旋转台10与水平旋转台11相互独立呈面垂直，竖直旋转台10与直线滑台13呈面平行；所述激光扩束准直聚焦光路将经过反射镜6和聚焦透镜整形后的光束作用于传感器制作平台上，对传感器进行激光熔接。

所述竖直旋转台10表面有4个螺孔，呈中心对称分布，利用4个螺孔将夹具固定在竖直旋转台10的表面。

所述二氧化碳激光器1发射出发散度为5mrad，尺寸为3.6mm的CO2激光。

所述激光扩束准直聚焦光路用于将一束发散的高斯激光束经由扩束准直镜2变为尺寸增大、发散角减小的平行激光束，再经由45°反射镜6变为竖直向下照射并且尺寸及发散角不变的激光光束，再经由聚焦透镜7和聚焦透镜9扩束准直聚焦为光斑直径最小为55微米的平行激光束。