本發(fā)明涉及一種光纖復(fù)合型雙腔結(jié)構(gòu)，具體涉及一種非均勻法布里-珀羅諧振腔結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

光纖傳感是以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測量信號(hào)的新型傳感技術(shù)。光纖傳感器，具有耐腐蝕、抗電磁干擾、質(zhì)量輕、器件小等特點(diǎn)，并在一些危險(xiǎn)環(huán)境或是精細(xì)探測中，有重要應(yīng)用。光纖傳感的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括折射率傳感、溫度傳感、應(yīng)力傳感等等。

壓力傳感的光纖傳感器由于其在工業(yè)檢測和環(huán)境檢測中的重要應(yīng)用，近年來受到了越來越多的關(guān)注，而各種類型的液壓傳感器，比如基于光纖布拉格光柵、光子晶體光纖等，也是層出不窮。

法布里-珀羅諧振腔(F-P腔)的結(jié)構(gòu)十分簡單易懂，其包括一個(gè)腔體和兩個(gè)反射界面。光在兩個(gè)反射界面的反射光相互干涉，可以通過測試干涉譜的峰值移動(dòng)來對(duì)外界的環(huán)境變化做出探測。對(duì)于現(xiàn)有的基于F-P腔的光纖傳感器，F(xiàn)-P腔主要設(shè)置在光纖頭的位置，而其靠近探測信號(hào)的反射界面材質(zhì)多種多樣，包括二氧化硅薄膜、聚合物薄膜、金屬薄膜等等，根據(jù)需探測信號(hào)的不同而變化，靈敏度也不盡相同。同時(shí)，也存在沒有薄膜的F-P腔的液壓傳感器，比如把光纖和空芯玻璃管熔接，就可以得到一個(gè)空氣泡類型的F-P腔，外界液體壓力的變化會(huì)引起空氣泡的伸縮，從而達(dá)到液壓傳感的目的。與薄膜型的F-P腔傳感器相比，雖然此方法的傳感靈敏度提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)，但是它的結(jié)構(gòu)仍需要優(yōu)化，以進(jìn)一步提高靈敏度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種全新的F-P復(fù)合雙腔結(jié)構(gòu)，通過控制復(fù)合雙腔兩部分的半徑比和長度比，來達(dá)到提高壓力靈敏度的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種提高光纖液壓傳感器靈敏度的復(fù)合雙腔結(jié)構(gòu)，在光纖的一端同軸熔接兩段空芯管，兩段空芯管的半徑不相同。

進(jìn)一步地，所述空芯管采用玻璃管。

若要獲得更高的液壓靈敏度，與光纖端面相接的空芯管的半徑和長度均小于與被測液體接觸的空芯管的半徑和長度。

本發(fā)明的復(fù)合雙腔結(jié)構(gòu)簡單，易于制作，可操作強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的復(fù)合雙腔結(jié)構(gòu)使得液壓傳感靈敏度得到了大大的提升。

附圖說明

圖1是本發(fā)明復(fù)合腔的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是在一定范圍內(nèi)，隨著雙腔半徑比和腔長比的變化，相應(yīng)的傳感靈敏度的變化情況。

圖3是應(yīng)用環(huán)路器，對(duì)液壓傳感器靈敏度進(jìn)行探測的系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，將普通光纖與兩段不同的玻璃管熔接，形成一個(gè)非均勻的復(fù)合型法布里-珀羅諧振腔。反射界面1是空氣-液體界面，反射界面2是光纖-空氣界面。兩個(gè)空芯腔的長度分別為L₁和L₂。當(dāng)將該傳感器放入液體中時(shí)，所形成的空氣氣泡會(huì)作為法布里-珀羅諧振腔。

本發(fā)明的原理如下：

F-P腔中的空氣在一定壓強(qiáng)范圍內(nèi)，可以看做理想氣體，而滿足理想氣體狀態(tài)方程：

PV＝nRT。

其中，P，V，T分別為氣體壓強(qiáng)、氣體體積和溫度。而對(duì)于復(fù)合腔結(jié)構(gòu)，兩段腔長分別設(shè)為L₁和L₂，腔的半徑分別設(shè)為r₁和r₂，那么

由于外界的壓力發(fā)生變化，從而導(dǎo)致空氣氣泡變化，進(jìn)而所測得的干涉譜的峰會(huì)發(fā)生移動(dòng)。而F-P腔干涉譜的峰值波長可以通過計(jì)算得出。其中，m為非負(fù)整數(shù)，為初始相位。將之與理想氣體狀態(tài)方程聯(lián)立，可以得到其液壓傳感靈敏度的計(jì)算公式：

其中，

圖3是本實(shí)施例液壓靈敏度測試系統(tǒng)。核心器件是一個(gè)環(huán)路器，它外接光源、復(fù)合雙腔結(jié)構(gòu)的傳感器和光譜儀。將復(fù)合雙腔結(jié)構(gòu)的傳感器放置入液體中，隨著液體壓力的變化，會(huì)使F-P腔的腔長發(fā)生改變，從而使得光譜發(fā)生移動(dòng)。通過光譜的移動(dòng)量，來反推出外部液體壓力的大小。

在一定的腔長比以及半徑比范圍內(nèi)，設(shè)空芯腔1與液體相接觸且長度與直徑固定，那么空芯腔2腔長越小，直徑越小，靈敏度越高。從圖2中可以看出，在一定范圍內(nèi)，隨著b與的增加，壓力傳感靈敏度是提升的，且提升幅度很大。當(dāng)壓強(qiáng)為100kPa，波長為1550nm時(shí)，如果第一個(gè)腔和第二個(gè)腔完全等同，即為單腔模式，那么壓力靈敏度為-15.5nm/kPa。如果且即為復(fù)合雙腔結(jié)構(gòu)，那么此時(shí)的壓力靈敏度為-1410.5nm/kPa，提升了近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。這說明本發(fā)明可以通過控制復(fù)合雙腔的半徑比和腔長比，來達(dá)到提高壓力傳感靈敏度的目的。