[发明专利]基于法布里-珀罗干涉仪的光纤传感探头、超声波传感器

说明书

本申请属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于法布里‑珀罗干涉仪的光纤传感探头、超声波传感器。其中的光纤传感探头包括：毛细管、一端拉伸成微光纤锥并形成半球形空腔的单模光纤；所述单模光纤设置于所述毛细管内的，所述半球形空腔位于所述微光纤锥的锥体尖端；所述半球形空腔的底面为由二氧化硅制成的厚度均匀的片状结构，且所述厚度与所述底面感应的外界超声波的频率关联；所述微光纤锥的弧形端面和所述半球形空腔的底面构成所述法布里‑珀罗干涉仪的两个反射面。该探头以光波作为信息传输的载体，以光学相位变化精准反映结构微小变化，可以适用于任何环境下超声波的检测；并且该探头只需一根单模光纤即可制成，加工简单，易于实际应用。

技术领域

本申请属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于法布里-珀罗干涉仪的光纤传感探头、超声波传感器。

背景技术

光纤传感器由于具有自身体积小、耐高温高压，抗电磁干扰的优势逐渐成为全球研究的热点，所研制的多样化光纤传感器逐渐替代常规的电磁类传感器，广泛用于油气田勘探开发、石油工业、军事、国防、航天航空、医药卫生等领域。光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪基于光的干涉原理，原始光束在进入干涉仪之后被若干个反射面反射，这些反射光会发生干涉现象，干涉信号当中包含了光纤Fabry-Perot腔腔长的变化，通过解调干涉信号可以获取腔长变化的信息。光纤Fabry-Perot干涉仪的制作方法与结构多种多样，可以借助不同的设备和材料来制作光纤Fabry-Perot干涉仪，以实现对光学信号的调制或者是对其他外界参数的测量。

传统的超声波传感器均是利用压电效应制作而成的，而电磁类的超声波传感器极易受到电磁干扰，由此会对其测量精度造成很大的影响；并且电磁超声波传感器在高温或者潮湿的极端工作环境下极易被损坏，由此给实际的生产生活带来极大的损失。而膜片式的光纤Fabry-Perot超声波传感器制作工艺复杂且成本较高，无法在实际中生产，所以无法真正运用到生产生活当中。

因此，亟需一种能够在强电磁、高温或潮湿环境下进行超声波检测，且制作工艺简化的超声波传感器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提供一种基于法布里-珀罗干涉仪的光纤传感探头和方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种基于法布里-珀罗干涉仪的光纤传感探头，包括：毛细管、一端拉伸成微光纤锥并形成半球形空腔的单模光纤；

所述单模光纤设置于所述毛细管内的，所述半球形空腔位于所述微光纤锥的锥体尖端；

所述半球形空腔的底面为由二氧化硅制成的厚度均匀的片状结构，且所述厚度与所述底面感应的外界超声波的频率关联；

所述微光纤锥的弧形端面和所述半球形空腔的底面构成所述法布里-珀罗干涉仪的两个反射面。

可选地，所述半球形空腔的底面厚度为1-10微米。

可选地，所述半球形空腔内的空腔长度为5-100微米，内部气体为空气。

可选地，所述单模光纤包括光纤包层和纤芯，所述光纤包层直径为125微米，所述纤芯的直径为5微米。

可选地，所述微光纤锥和所述半球形空腔由单模光纤熔融一次成型，所述微光纤锥的锥体尖端直径为5-20微米。

可选地，所述单模光纤用密封胶封装在所述毛细管的轴心位置，并在毛细管内灌注缓冲液。