[发明专利]一种基于PDMS膜和游标效应增敏的光纤液压传感器

说明书

本发明提供了一种基于聚二甲基硅氧烷膜和游标效应增敏的光纤液压传感器，属于液体压强测量技术领域。本发明结合单模光纤、多模光纤、悬浮芯光纤及石英管的特性设计了高集成度混合干涉仪(即迈克尔逊干涉仪以及法布里‑珀罗干涉仪)结构的传感头，所述石英管末端设置有PDMS膜，其具有良好的弹性和疏水性，可以实现液压变化的准确测量，且灵敏度高；同时，本发明所述传感头的高集成度设计所形成的两个干涉仪具有高集成度的级联结构，其中，法布里‑珀罗干涉仪作为传感干涉仪，迈克尔逊干涉仪作为参考干涉仪，能够实现游标效应增敏，将光纤液压传感器的灵敏度进一步提高一到两个数量级。

技术领域

本发明涉及液体压强测量技术领域，尤其涉及一种基于聚二甲基硅氧烷膜和游标效应增敏的光纤液压传感器。

背景技术

液压是深海探测、生物诊断以及环境监测等领域的重要物理参量，其变化的准确测量对上述领域至关重要。光纤液压传感器作为一种新型液压传感器，其传输功率损耗小，且可实现远距离测量，相较于电子液压传感器，光纤液压传感器抗电磁干扰，在恶劣环境下具有较强的优势。鉴于上述独特的优势，光纤液压传感器近年来发展迅速，备受研究者们关注。

目前常见的光纤液压传感器多数应用光纤光栅，其灵敏度约为0.5nm/MPa（高宇飞，刘超，牟海维；基于平膜片和悬臂梁的光纤光栅压力响应特性研究；光学仪器，2014，4：333-336）。现有技术中有报道基于石英膜的光纤液压传感器（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），即在石英管的末端设置石英膜，以此形成法布里-珀罗干涉仪，该光纤液压传感器与基于光纤光栅的光纤液压传感器相比，灵敏度有一定程度的提高，为1.5nm/MPa，但仍无法满足一些高精度液压检测领域的需求。因此，设计一种液压传感器实现高灵敏度液压测量十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于聚二甲基硅氧烷膜和游标效应增敏的光纤液压传感器。本发明提供的光纤液压传感器通过设置聚二甲基硅氧烷膜以及形成游标效应增敏，能够实现高灵敏度液压测量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于聚二甲基硅氧烷膜和游标效应增敏的光纤液压传感器，包括宽带光源、环形器、传感头和光谱分析仪；

所述环形器沿周向顺次设置有第一端口、第二端口和第三端口，所述宽带光源与所述第一端口连接，所述传感头与所述第二端口连接，所述光谱分析仪与所述第三端口连接；

所述传感头包括顺次熔接的单模光纤、多模光纤、悬浮芯光纤和石英管，所述石英管未熔接有悬浮芯光纤的一端的末端设置有聚二甲基硅氧烷膜；其中，所述传感头中靠近单模光纤的一端与所述第二端口连接。

优选地，所述单模光纤的内直径为8~9微米，外直径为125微米。

优选地，所述多模光纤的长度为150~200微米，内直径为60微米，外直径为125微米。

优选地，所述悬浮芯光纤包括包层、设置在所述包层中心位置的气体通孔以及内切于所述气体通孔的纤芯。

优选地，所述悬浮芯光纤的外直径为125微米，长度为150~200微米。

优选地，所述气体通孔的直径为40微米。

优选地，所述纤芯的直径为8~9微米。

优选地，所述石英管的内部纤芯为空气；所述石英管的长度为所述悬浮芯光纤长度的60%，所述石英管的内直径为50微米，外直径为125微米。

优选地，所述聚二甲基硅氧烷膜的厚度为10~20微米。