專利名稱：光纖光柵氣壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型光纖光柵氣壓傳感器。
背景技術(shù)：
傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測量和自動(dòng)化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，壓力 是一個(gè)重要的參數(shù)，在對氣體或者液體的壓力傳感領(lǐng)域，儀表廠家推出多種氣壓表，但不能 完全滿足石油、化工、煤礦等行業(yè)易燃易爆場合的需要，研制一種本質(zhì)防爆、防燃的氣壓傳 感器成為迫切需要。近十幾年發(fā)展起來的光纖式傳感器越來越為人們所重視。與傳統(tǒng)的傳 感器相比，光纖傳感器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)靈敏度高、重量輕、體積小、抗電磁干擾、耐腐蝕、本 質(zhì)安全(防燃防爆)。光纖是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，這使它可以方便有效地用于各種 大型機(jī)電、石油化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中，易于采用波分復(fù)用、時(shí) 分復(fù)用和空間復(fù)用技術(shù)構(gòu)成光纖光柵智能傳感網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)。目前，光纖傳感器的應(yīng)用范圍 很廣，幾乎涉及國民經(jīng)濟(jì)的所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣 環(huán)境中使用，解決了許多行業(yè)多年來一直存在的技術(shù)難題，具有很大的市場需求。自1989年Morey的報(bào)道將光纖Bragg光柵(FBG)用作傳感以來，F(xiàn)BG溫度和壓力 傳感器理論及其應(yīng)用吸引了很多研究興趣。如何將壓力信息轉(zhuǎn)換為FBG沿軸向的拉伸(壓 縮)應(yīng)變，同時(shí)解決溫度交叉敏感的問題，實(shí)現(xiàn)壓力參量的高靈敏度檢測是研究人員需要 解決的問題。對于壓力測量，很多方案主要強(qiáng)調(diào)對FBG的增敏，裸FBG的壓力響應(yīng)靈敏度約 為0. 003nm/MPa,當(dāng)采用有機(jī)彈性體、波紋管和膜片等對FBG封裝后，壓力響應(yīng)靈敏度可以 提高很多，但其封裝后的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積變大，及封裝材料不能滿足防燃防爆等，帶來了新 的問題和局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種無需封裝、結(jié)構(gòu)簡單、本質(zhì)安全、靈敏度 高、低成本的光纖光柵氣壓傳感器。本發(fā)明包括寬帶光源、波長解調(diào)儀、1X2光纖耦合器、單模光纖光柵、包層中具有 2個(gè)對稱的空氣孔的光纖(以下稱為邊孔光纖)上刻寫的光柵。邊孔光纖光柵與單模光纖 光柵熔接(或兩種光纖先熔接，然后在熔接點(diǎn)兩側(cè)同時(shí)寫入光柵)，作為傳感頭。邊孔光纖 光柵的空氣孔在與單模光纖光柵熔接的一端被封閉住，另外一端開放，用于氣壓探測。傳感 頭通過1 X2光纖耦合器分別與光源和波長解調(diào)儀相連接，形成光纖光柵氣壓傳感系統(tǒng)。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)1.邊孔光纖與普通單模光纖熔接后致使空氣孔一端封閉，一端開放，可利用自身 結(jié)構(gòu)來感應(yīng)外界氣壓的變化。因此結(jié)構(gòu)簡單(無需封裝)，保持了光纖本質(zhì)安全的特性；2.氣壓通過光纖包層內(nèi)的空氣孔幾乎直接作用在光纖的纖芯上，可以有效的提高 光纖光柵對氣壓的靈敏度；3.普通單模光纖上的光纖光柵不受氣壓的影響，因此可以作為參考光柵單獨(dú)測量溫度，以補(bǔ)償溫度變化對邊孔光纖光柵壓力測量的影響，提高氣壓傳感器的準(zhǔn)確度。


圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明邊孔光纖端面圖及傳感頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述。如圖1所示，光纖光柵氣壓傳感器，包括寬帶光源1、波長解調(diào)儀2、1 X 2光纖耦合 器3、單模光纖光柵4、邊孔光纖光柵5，氣壓裝置6。寬帶光源1與1X2光纖耦合器3的一端相連，光纖耦合器3的另一端連接到單模 光纖光柵4的一端，光纖耦合器3的另一端與波長解調(diào)儀2相連，經(jīng)過單模光纖光柵4的另 一端與邊孔光纖光柵5熔接，將邊孔光纖光柵5的開放端放入氣壓裝置6中。邊孔光纖與單模光纖熔接，在熔接位置刻光纖光柵，由于兩種光纖纖芯材料的不 同致使光纖光柵的Bragg中心波長不同。同時(shí)兩種光纖熔接致使邊孔光纖一端封閉，一端 開放，開放端來感應(yīng)外界氣壓的變化。利用邊孔光纖自身結(jié)構(gòu)解決了一般光纖光柵氣壓傳 感器借助有機(jī)彈性體、波紋管和膜片等封裝帶來的復(fù)雜工作，使其結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單。當(dāng)外界氣壓變化時(shí)，包層中的2個(gè)空氣孔中的氣壓發(fā)生變化，空氣孔與邊孔光纖 光柵距離較近，致使應(yīng)變傳遞速率高，使邊孔光纖光柵發(fā)生應(yīng)變，從而引起B(yǎng)ragg中心波長 發(fā)生飄移，提高了壓力響應(yīng)的靈敏度。普通單模光纖上的光纖光柵不受氣壓的影響，因此可 以作為參考光柵單獨(dú)測量溫度，以補(bǔ)償溫度變化對邊孔光纖光柵壓力測量的影響，提高氣 壓傳感器的準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求
1.光纖光柵氣壓傳感器，包括寬帶光源、波長解調(diào)儀、1X2光纖耦合器、單模光纖光 柵、邊孔光纖光柵。寬帶光源與ι χ 2光纖耦合器的端口 一相連，光纖耦合器的端口 二連接到單模光纖光 柵的一端，光纖耦合器的端口三與波長解調(diào)儀相連，經(jīng)過單模光纖光柵的另一端與邊孔光 纖光柵熔接，將邊孔光纖光柵的開放端放入被測氣壓中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵氣壓傳感器，其特征在于包層中具有2個(gè)對稱的 空氣孔的光纖(稱為邊孔光纖)上刻寫光柵，氣壓通過光纖包層內(nèi)的空氣孔幾乎直接作用 在光纖的纖芯上，作為氣壓探測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵氣壓傳感器，其特征在于在普通單模光纖上刻寫 光柵與邊孔光纖光柵熔接(或兩種光纖先熔接，然后在熔接點(diǎn)兩側(cè)同時(shí)寫入光柵)，普通單 模光纖上的光纖光柵不受氣壓的影響，作為參考光柵單獨(dú)測量溫度，以補(bǔ)償溫度變化對邊 孔光纖光柵氣壓測量的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵氣壓傳感器，其特征在于寬帶光源是指帶寬大于 兩個(gè)光纖光柵反射波長最大變化范圍的光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵氣壓傳感器，其特征在于波長解調(diào)儀是指能解調(diào) 出兩個(gè)光纖光柵波長變化的信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖光柵氣壓傳感器，包括寬帶光源、波長解調(diào)儀、1×2光纖耦合器、單模光纖光柵、邊孔光纖光柵。邊孔光纖光柵作為傳感頭，利用自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來感應(yīng)外界氣壓的變化。當(dāng)外界氣壓變化時(shí)，包層中的兩個(gè)空氣孔中的氣壓發(fā)生變化，使邊孔光纖光柵發(fā)生應(yīng)變，從而引起其反射波長發(fā)生變化。單模光纖光柵僅對溫度敏感，作為參考光柵來補(bǔ)償溫度對壓力測量帶來的影響。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種無需封裝、結(jié)構(gòu)簡單、本質(zhì)安全、靈敏度高、低成本的光纖光柵氣壓傳感器。
文檔編號(hào)G01L11/02GK102147311SQ20101061953
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者劉陽, 李濤, 董新永, 郭喜鳳 申請人:杭州光佑科技有限公司